मजबूत चिपकने वाला हाइड्रोगेल का संश्लेषण, जिलेटिन ओ-नाइट्रोसोबेंज़ाल्डिहाइड
Summary
यहां प्रस्तुत प्रोटोकॉल एक मजबूत चिपकने वाला हाइड्रोजेल जिलेटिन ओ-नाइट्रोसोमोबेंज़ाल्डिहाइड (जिलेटिन-एनबी) के संश्लेषण को दर्शाता है। जिलेटिन-एनबी में तेजी से और कुशल ऊतक आसंजन क्षमता होती है, जो घाव की सतहों की रक्षा के लिए एक मजबूत शारीरिक बाधा बना सकती है, इसलिए इसे चोट की मरम्मत जैव प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में लागू होने की उम्मीद है।
Abstract
चिपकने वाली सामग्री बायोमेडिकल और ऊतक इंजीनियरिंग के क्षेत्र में लोकप्रिय बायोमैटेरियल्स बन गई है। हमारे पिछले काम में, हमने एक नई सामग्री प्रस्तुत की – जिलेटिन ओ-नाइट्रोसोबेंज़ाल्डिहाइड (जिलेटिन-एनबी) – जो मुख्य रूप से ऊतक पुनर्जनन के लिए उपयोग किया जाता है और कॉर्नियल चोट और सूजन आंत्र रोग के पशु मॉडल में मान्य किया गया है। यह एक नया हाइड्रोगेल है जो जैविक जिलेटिन को ओ-नाइट्रोसोबेंज़ाल्डिहाइड (एनबी) के साथ संशोधित करके बनाया गया है। जिलेटिन-एनबी को एनबी-सीओओएच के कार्बोक्सिल समूह को सक्रिय करके संश्लेषित किया गया था और 1-(3-डाइमिथाइलमिनोप्रोपिल)-3-एथिलकार्बोडिमाइड हाइड्रोक्लोराइड (ईडीसी) और एन-हाइड्रॉक्सीसुकिनिमाइड (एनएचएस) के माध्यम से जिलेटिन के साथ प्रतिक्रिया की गई थी। प्राप्त यौगिक को अंतिम उत्पाद उत्पन्न करने के लिए शुद्ध किया गया था, जिसे कम से कम 18 महीनों तक स्थिर रूप से संग्रहीत किया जा सकता है। एनबी में ऊतक पर -एनएच2 के लिए एक मजबूत आसंजन होता है, जो कई सी = एन बॉन्ड बना सकता है, इस प्रकार ऊतक इंटरफ़ेस के लिए जिलेटिन-एनबी के आसंजन को बढ़ा सकता है। तैयारी प्रक्रिया में एनबी-सीओओएच समूह के संश्लेषण, समूह के संशोधन, जिलेटिन-एनबी के संश्लेषण और यौगिक के शुद्धिकरण के लिए कदम शामिल हैं। लक्ष्य जिलेटिन-एनबी की विशिष्ट संश्लेषण प्रक्रिया का विस्तार से वर्णन करना और क्षति की मरम्मत के लिए जिलेटिन-एनबी के आवेदन को प्रदर्शित करना है। इसके अलावा, प्रोटोकॉल को अधिक लागू परिदृश्यों के लिए वैज्ञानिक समुदाय द्वारा उत्पादित सामग्री की प्रकृति को और मजबूत और विस्तारित करने के लिए प्रस्तुत किया गया है।
Introduction
हाइड्रोजेल एक प्रकार का त्रि-आयामी बहुलक है जो पानी की सूजन से बनता है। विशेष रूप से, एक बाह्य मैट्रिक्स से प्राप्त हाइड्रोगेल का व्यापक रूप से जैवसंश्लेषण और पुनर्योजी चिकित्सा के क्षेत्र में उपयोग किया जाता है क्योंकि इसकी उत्कृष्ट जैव-रासायनिकता और चिकित्सीय प्रभावशीलता1. गैस्ट्रिक अल्सर, न्यूरिटिस, मायोकार्डियल रोधगलन 2,3,4 और अन्य बीमारियों के उपचार के लिए हाइड्रोगेल की सूचना दी गई है। इसके अलावा, यह साबित हो गया है कि जिलेटिन-एनबी सूजन आंत्र रोग (आईबीडी) 5 में सूजन के परिणाम को बढ़ावा दे सकता है। पारंपरिक हाइड्रोगेल में गेलन गम, जिलेटिन, हाइलूरोनिक एसिड, पॉलीइथिलीन ग्लाइकोल (पीईजी), स्तरित, हाइड्रोफोबिक / हाइड्रोफिलिक, एल्गिनेट / पॉलीक्रिलामाइड, डबल नेटवर्क और पॉलीएम्होटेरिक हाइड्रोगेल6 शामिल हैं, जिनमें से सभी में अच्छी हिस्टोकम्पैटिबिलिटी और यांत्रिक गुण हैं। हालांकि, ये पारंपरिक हाइड्रोगेल पर्यावरण में नमी और हवा की चपेट में हैं। यदि वे लंबे समय तक हवा के संपर्क में रहते हैं, तो वे पानी खो देंगे और सूख जाएंगे; यदि वे लंबे समय तक पानी में डूबे रहते हैं, तो वे पानी को अवशोषित करेंगे और7 का विस्तार करेंगे, इस प्रकार उनके लचीलेपन और यांत्रिक कार्य को कम करेंगे। इसके अलावा, पारंपरिक हाइड्रोगेल के ऊतक आसंजन को बनाए रखना एकबड़ी चुनौती है।
इसके आधार पर, हमने एक नैनोस्केल हाइड्रोगेल जिलेटिन-एनबी को डिजाइन और संश्लेषित किया, जो एनबी (चित्रा 1) के साथ जैविक जिलेटिन को संशोधित करके गठित एक नया हाइड्रोगेल है। एनबी में ऊतक पर -एनएच2 के लिए एक मजबूत आसंजन क्षमता है, जो बड़ी संख्या में सी = एन बॉन्ड बना सकती है, इस प्रकार हाइड्रोगेल-ऊतक इंटरफ़ेस की चिपकने की क्षमता बढ़ जाती है। यह मजबूत आसंजन हाइड्रोगेल को ऊतक की सतह से दृढ़ता से चिपका सकता है, इस प्रकार एक नैनो-स्तरीय आणविक कोटिंग बना सकता है। टीम के पिछले अध्ययनों में, यह पुष्टि की गई है कि इस तरह के संशोधित हाइड्रोगेल कोटिंग ने ऊतक आसंजन9 में सुधार किया है; यह कॉर्नियल और आंतों के अंगों और ऊतकों का दृढ़ता से पालन कर सकता है और विरोधी सूजन, बाधा अलगाव और पुनर्जनन संवर्धन भूमिका निभा सकता है। लक्ष्य जिलेटिन-एनबी की विशिष्ट संश्लेषण प्रक्रिया को यहां विस्तार से पेश करना है, ताकि जिलेटिन-एनबी को क्षति की मरम्मत के अधिक परिदृश्यों में लागू किया जा सके। इसके अलावा, हम अन्य शोधकर्ताओं को अधिक अनुप्रयोग परिदृश्यों के अनुरूप इस सामग्री की प्रकृति को और मजबूत और विस्तारित करने के लिए प्रोत्साहित करते हैं।
Protocol
Representative Results
Discussion
चिपकने वाली सामग्री सामग्री का एक नया वर्ग है। अधिक से अधिक शोधकर्ता विभिन्न प्रकार के चिपकने वाले पदार्थों के संश्लेषण के लिए प्रतिबद्ध हैं, और जैव प्रौद्योगिकी, ऊतक इंजीनियरिंग, पुनर्योजी चिकित्सा…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
कोई नहीं।
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).
