Hydrogele – Polymernetzwerke mit hohem Wassergehalt – können als Gewebenachahmer fungieren und Bedingungen für eine lebensfähige Kultur eingebetteter Zellen bieten, mit verschiedenen Anwendungen in der biomedizinischen Technik wie Tissue Engineering und regenerativer Medizin.
Hydrogel-Netzwerke werden häufig durch chemische Modifizierung von Polymeren wie Hyaluronsäure, einem Polymer, das in der die Zellen umgebenden extrazellulären Matrix vorhanden ist, mit anderen Molekülen wie Norbornen gebildet, um ein vernetztes Polymernetzwerk zu bilden. Zuvor veröffentlichte Methoden koppelten Norbornen an Hyaluronsäure unter Verwendung von Dimethylsulfoxid, einem organischen Lösungsmittel, das sowohl für die Umwelt als auch für den Benutzer gefährlich ist.
Forscher der University of Michigan entwickelten einen neuen Syntheseweg zur Modifizierung von Hyaluronsäure mit Norbornen zur Verwendung in Hydrogelen unter Verwendung eines wasserlöslichen Kopplungsmittels, DMTMM, wodurch schädliche organische Lösungsmittel überflüssig werden.
Die Ergebnisse der Studie werden in veröffentlicht Kohlenhydrat-Polymer-Technologien und -Anwendungen.
„Indem wir den Bedarf an organischen Lösungsmitteln eliminiert haben, die für Zellen schädlich sind, haben wir eine Synthese entwickelt, die sich besser für Tissue-Engineering-Anwendungen eignet“, sagte Eleanor Plaster, Doktorandin der Biomedizintechnik und Erstautorin der Studie.
Der neue Syntheseweg erhöht nicht nur die Nachhaltigkeit der Hydrogelsynthese, sondern verkürzt auch die Reaktions- und Reinigungszeit, die zur Gewinnung des Produkts erforderlich ist. Während frühere Methoden mit Dimethylsulfoxid eine mehrstufige Reaktion und eine mehrwöchige Reinigung erforderten, erfolgt die DMTMM-Methode in einem Schritt und erfordert nur zwei bis drei Tage Reinigung.
„Unser neu entwickeltes Syntheseverfahren erleichtert die Produktion und ermöglicht es Laboren, ihr eigenes Polymer effizienter herzustellen. Es kann auch anderen Gruppen, die bisher nicht für die Synthese dieses Polymers gerüstet waren, ermöglichen, die Reaktion selbst durchzuführen, anstatt sie auszulagern“, sagte Plaster.
Die Verwendung eines wasserbasierten Kopplungsmittels erhöht auch die Anwendbarkeit für den Einsatz in biomedizinischen Anwendungen, da organische Lösungsmittel nicht mit Zellen kompatibel sind. Die Forscher bestätigten, dass Zellen in mit DMTMM synthetisierter Norbornen-modifizierter Hyaluronsäure lebensfähig sind, wodurch dieses Material für Zellkulturen für Tissue-Engineering-Anwendungen verwendet werden kann.
„Der Syntheseweg, den Eleanor in unserem Labor entwickelt hat, beschleunigt nicht nur den Forschungsprozess erheblich, sondern ist auch weitreichend auf verschiedene Polymere und Modifikationen anwendbar. Ich bin begeistert, die zukünftigen Richtungen zu sehen, in die sie diese Forschung lenken wird“, sagte der korrespondierende Autor Claudia Loebel, Assistenzprofessorin für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik.
Mehr Informationen:
Eleanor M. Plaster et al., DMTMM-vermittelte Synthese von Norbornen-modifizierten Hyaluronsäurepolymeren zur Untersuchung von Zell-Hydrogel-Wechselwirkungen, Kohlenhydrat-Polymer-Technologien und -Anwendungen (2023). DOI: 10.1016/j.carpta.2023.100360