《CEJ》有效组织修复、机械增强和高粘性脱细胞组织衍生的水凝胶

摘要

来自脱细胞组织(DT)的水凝胶在再生医学中显示出巨大的潜力。然而，由热诱导交联过程产生的水凝胶通过DT中胶原纤维的自组装表现出弱的机械性能。这限制了其在需要水凝胶结构的强机械性能和结构完整性的组织再生中的应用。为了克服现有DT衍生水凝胶的上述挑战，延世大学Seung-WooCho教授团队通过将儿茶酚部分与DT中的细胞外基质结合，开发了一种配备氧化交联化学的DT水凝胶。儿茶酚修饰的DT(DT-CA) 在通过儿茶酚-儿茶酚加合物氧化后立即构建水凝胶，与未修饰的DT水凝胶相比，其机械性能强10倍。

氧化交联还增加了DT水凝胶的粘附性和物理完整性，允许在不使用任何支撑材料的情况下成型支架，这是传统DT水凝胶无法实现的。DT-CA水凝胶证明了人类干细胞的成骨分化增强，并在临界尺寸颅骨缺损的小鼠模型中加速了新骨的形成。此外，DT-CA 的贴片类型通过介导生长因子的有效局部递送来促进伤口愈合。类似地，可以引入其他酚类粘合剂部分（邻苯三酚）来改善 DT 水凝胶以促进伤口再生。总的来说，这项研究的结果支持机械增强的粘性 DT 水凝胶在有效组织再生中的适用性。相关论文以题为Mechanically-reinforced and highly adhesive decellularized tissue-derived hydrogel for efficient tissue repair发表在《化学工程期刊》上。

主图

图 1. DT-CA 水凝胶的制备和表征。(a) 用于制备 DT-CA 水凝胶的脱细胞、增溶、儿茶酚结合和凝胶化过程的示意图（下图）。上图展示了通过热诱导自组装交联的传统 DT 水凝胶。(b) 去细胞化前后皮肤组织的 Col I（红色）的大体视图（小入口图像）、H&E 染色和免疫荧光染色。使用 DAPI（蓝色）对细胞核进行复染。比例尺 = 100 µm。(c) 脱细胞前后冻干皮肤组织中 DNA 和 GAG 含量的定量。(d) 1H NMR 分析证实溶解在氧化氘中的 DT-CA 缀合物中的儿茶酚修饰。(e) DT、DT-CA 偶联物、DT 水凝胶和 DT-CA 水凝胶的 FT-IR 分析。

图 2. DT 水凝胶的结构和机械性能比较。

图 3. DT-CA 水凝胶的物理完整性和粘附性得到改善。

图 4. 使用 DT-CA 水凝胶移植 hADSCs 增强成骨分化和新骨形成。

图 5. DT-CA 水凝胶贴片的制备及其在小鼠全层伤口模型中局部皮肤组织再生的应用。

图 6. DT-PG 的合成及其在全层伤口小鼠模型中局部皮肤组织再生的应用。

总结

该团队提出了一种仿生方法来克服脱细胞组织基质衍生水凝胶系统的当前局限性。DT 水凝胶的机械和物理化学性质可以通过调节交联化学得到显着改善，而不会影响脱细胞基质的固有生化效应和生物相容性。由与 DT 骨架亚基缀合的儿茶酚部分介导的氧化交联可以诱导快速凝胶化，并赋予所得 DT 水凝胶强大的物理性质和显着的组织粘附性。DT-CA 水凝胶的可靠成形无需额外的支持材料，可能是指 DT-CA 系统在组织特异性支架和组织模型的简易制造和生物打印方面的潜在应用。开发的 DT-CA 水凝胶通过模拟具有增强机械线索的组织，显着促进了体外和体内的干细胞成骨。此外，贴剂型 DT-CA 的配方进一步提高了 DT-CA 水凝胶的机械性能和可用性，促进了有效的药物输送和组织再生。机械增强的粘性 DT 水凝胶也可以通过结合 PG 来实现，这可以扩大 DT 在临床环境中的潜在效用。预计，用儿茶酚或没食子化学对脱细胞技术进行的改进将适用于其他类型组织的细胞治疗和组织工程。

参考文献：

doi.org/10.1016/j.cej.2021.130926

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