Güçlü yapışkan hidrojel, jelatin o-nitrosobenzaldehit sentezi
Summary
Burada sunulan protokol, güçlü bir yapışkan hidrojel jelatin o-nitrosobenzaldehitin (jelatin-NB) sentezini göstermektedir. Jelatin-NB, yara yüzeylerini korumak için güçlü bir fiziksel bariyer oluşturabilen hızlı ve etkili doku yapışma yeteneğine sahiptir, bu nedenle yaralanma onarımı biyoteknolojisi alanına uygulanması beklenmektedir.
Abstract
Yapışkan malzemeler, biyomedikal ve doku mühendisliği alanında popüler biyomalzemeler haline gelmiştir. Önceki çalışmamızda, esas olarak doku rejenerasyonu için kullanılan ve kornea hasarı ve enflamatuar bağırsak hastalığının hayvan modellerinde doğrulanan yeni bir materyal – jelatin o-nitrosobenzaldehit (jelatin-NB) – sunduk. Bu, biyolojik jelatinin o-nitrosobenzaldehit (NB) ile modifiye edilmesiyle oluşan yeni bir hidrojeldir. Jelatin-NB, NB-COOH’un karboksil grubunu aktive ederek ve jelatin ile 1-(3-dimetilaminopropil)-3-etilkarbodiimid hidroklorür (EDC) ve N-hidroksisüksinimid (NHS) yoluyla reaksiyona girerek sentezlendi. Elde edilen bileşik, en az 18 ay boyunca istikrarlı bir şekilde saklanabilen nihai ürünü üretmek için saflaştırıldı. NB, doku üzerinde -NH2’ye güçlü bir yapışmaya sahiptir, bu da birçok C = N bağı oluşturabilir, böylece jelatin-NB’nin doku arayüzüne yapışmasını arttırır. Hazırlama süreci, NB-COOH grubunun sentezi, grubun modifikasyonu, jelatin-NB sentezi ve bileşiğin saflaştırılması için adımları içerir. Amaç, jelatin-NB’nin spesifik sentez sürecini ayrıntılı olarak tanımlamak ve jelatin-NB’nin hasar onarımına uygulanmasını göstermektir. Ayrıca, protokol, daha uygulanabilir senaryolar için bilimsel topluluk tarafından üretilen malzemenin doğasını daha da güçlendirmek ve genişletmek için sunulmaktadır.
Introduction
Hidrojel, suyun şişmesiyle oluşan üç boyutlu bir polimer türüdür. Özellikle, hücre dışı bir matristen elde edilen hidrojel, mükemmel biyouyumluluğu ve terapötik etkinliği nedeniyle biyosentez ve rejeneratif tıp alanında yaygın olarak kullanılmaktadır1. Gastrik ülser, nevrit, miyokard enfarktüsü 2,3,4 ve diğer hastalıkların tedavisi için hidrojeller bildirilmiştir. Ayrıca, jelatin-NB’nin inflamasyon ininflamatuar bağırsak hastalığının (IBD) sonucunu destekleyebileceği kanıtlanmıştır5. Geleneksel hidrojeller arasında jellan zamkı, jelatin, hyaluronik asit, polietilen glikol (PEG), katmanlı, hidrofobik / hidrofilik, aljinat / poliakrilamid , çift ağ ve poliamfoterik hidrojeller6 bulunur ve bunların hepsi iyi histouyumluluk ve mekanik özelliklere sahiptir. Bununla birlikte, bu geleneksel hidrojeller ortamdaki neme ve havaya karşı savunmasızdır. Uzun süre havaya maruz kalırlarsa, su kaybederler ve kururlar; suya uzun süre daldırılırlarsa, suyu emer ve7’yi genişletir, böylece esnekliklerini ve mekanik işlevlerini azaltırlar. Ek olarak, geleneksel hidrojellerin doku yapışmasını sağlamak büyük bir zorluktur8.
Buna dayanarak, biyolojik jelatinin NB ile modifiye edilmesiyle oluşan yeni bir hidrojel olan nano ölçekli bir hidrojel jelatin-NB tasarladık ve sentezledik (Şekil 1). NB, doku üzerinde -NH2’ye güçlü bir yapışma kabiliyetine sahiptir, bu da çok sayıda C = N bağı oluşturabilir, böylece hidrojel-doku arayüzünün yapışkanlığını arttırır. Bu güçlü yapışma, hidrojelin doku yüzeyine sıkıca yapışmasını sağlayabilir, böylece nano düzeyde bir moleküler kaplama oluşturabilir. Ekibin önceki çalışmalarında, bu tür modifiye hidrojel kaplamanın doku yapışmasını iyileştirdiği doğrulanmıştır9; kornea ve bağırsak organlarına ve dokularına stabil bir şekilde yapışabilir ve anti-inflamasyon, bariyer izolasyonu ve rejenerasyon teşvik rolleri oynayabilir. Amaç, jelatin-NB’nin spesifik sentez işlemini burada ayrıntılı olarak tanıtmaktır, böylece jelatin-NB daha fazla hasar onarımı senaryosunda uygulanabilir. Ayrıca, diğer araştırmacıları bu malzemenin doğasını daha fazla uygulama senaryosuna uyacak şekilde daha da güçlendirmeye ve genişletmeye teşvik ediyoruz.
Protocol
Representative Results
Discussion
Yapışkan malzemeler yeni bir malzeme sınıfıdır. Giderek daha fazla araştırmacı, çeşitli yapışkan malzemelerin sentezine kendini adamıştır ve biyoteknoloji, doku mühendisliği, rejeneratif tıp ve son yıllarda güçlü bir gelişmeye yol açan diğer alanlarda uygulamalarını bulmaya çalışmaktadır. Yapışkan malzemelerin güçlü yapışmasına odaklanmanın yanı sıra, araştırmacılar ayrıca enjekte edilebilirlik, kendi kendini iyileştirme, hemostatik, antibakteriyel, kontrollü çıkarma ve …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Hiç kimse.
Materials
| 1-(3Dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodimide hydrochloride (EDC) | Aladdin | L287553 | |
| 4-Hydroxy-3-(methoxy-D3) benzaldehyde | Shanghai Acmec Biochemical Co., Ltd | H946072 | |
| DCM | Aladdin | D154840 | |
| Dichloromethane | Sigma-Aldrich | 270997 | |
| Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma-Aldrich | 20-139 | |
| dimethylformamide (DMF) | Sigma-Aldrich | PHR1553 | |
| gelatin | Sigma-Aldrich | 1288485 | |
| magnesium sulfate | Sigma-Aldrich | M7506 | |
| MeOH | Sigma-Aldrich | 1424109 | |
| methyl 4-(4-formyl-2-methoxyphenoxy methoxyphenyl) butanoic acid methyl ester | chemsrc | 141333-27-9 | |
| methyl 4-bromobutyrate | Aladdin | M158832 | |
| NaBH4 | Sigma-Aldrich | 215511 | |
| N-hydroxysuccinimide (NHS) | Aladdin | D342712 | |
| nitric acid | Sigma-Aldrich | 225711 | |
| potassium carbonate | Sigma-Aldrich | 209619 | |
| SEM (Nova Nano 450) | Thermo FEI | 17024560 | |
| THF/EtOH | Aladdin | D380010 | |
| trifluoroacetic acid (TFA) | Sigma-Aldrich | 8.0826 |
References
- Tam, R. Y., Smith, L. J., Shoichet, M. S. Engineering cellular microenvironments with photo- and enzymatically responsive hydrogels: toward biomimetic 3D cell culture models. Accounts of Chemical Research. 50 (4), 703-713 (2017).
- Xu, X., et al. Bioadhesive hydrogels demonstrating pH-independent and ultrafast gelation promote gastric ulcer healing in pigs. Science Translational Medicine. 12 (558), (2020).
- Zheng, J., et al. Directed self-assembly of herbal small molecules into sustained release hydrogels for treating neural inflammation. Nature Communications. 10 (1), 1604 (2019).
- Seif-Naraghi, S. B., et al. Safety and efficacy of an injectable extracellular matrix hydrogel for treating myocardial infarction. Science Translational Medicine. 5 (173), (2013).
- Mao, Q., et al. GelNB molecular coating as a biophysical barrier to isolate intestinal irritating metabolites and regulate intestinal microbial homeostasis in the treatment of inflammatory bowel disease. Bioactive Materials. 19, 251-267 (2022).
- Nan, J., et al. A highly elastic and fatigue-resistant natural protein-reinforced hydrogel electrolyte for reversible-compressible quasi-solid-state supercapacitors. Advanced Science. 7 (14), 2000587 (2020).
- Matsumoto, K., Sakikawa, N., Miyata, T. Thermo-responsive gels that absorb moisture and ooze water. Nature Communications. 9 (1), 2315 (2018).
- Liu, R., et al. resilient, adhesive, and anti-freezing hydrogels cross-linked with a macromolecular cross-linker for wearable strain sensors. ACS Applied Materials & Interfaces. 13 (35), 42052-42062 (2021).
- Hong, Y., et al. A strongly adhesive hemostatic hydrogel for the repair of arterial and heart bleeds. Nature Communications. 10 (1), 2060 (2019).
- Yang, Y., et al. Tissue-integratable and biocompatible photogelation by the imine crosslinking reaction. Advanced Materials. 28 (14), 2724-2730 (2016).
- Ofner, C. M., Bubnis, W. A. Chemical and swelling evaluations of amino group crosslinking in gelatin and modified gelatin matrices. Pharmaceutical Research. 13 (12), 1821-1827 (1996).
- Zhang, Y., et al. A long-term retaining molecular coating for corneal regeneration. Bioactive Materials. 6 (12), 4447-4454 (2021).
- Liang, Y., Li, Z., Huang, Y., Yu, R., Guo, B. Dual-dynamic-bond cross-linked antibacterial adhesive hydrogel sealants with on-demand removability for post-wound-closure and infected wound healing. ACS Nano. 15 (4), 7078-7093 (2021).
