Ler nanorør-biopolymer komposit stilladser til vævsteknologi

Fremstilling af en prototype væv med funktionelle egenskaber tæt på naturlige væv er afgørende for effektiv transplantation. Vævstekniske stilladser bruges typisk som understøtninger, der tillader celler at danne vævslignende strukturer, der i det væsentlige er nødvendige for cellernes korrekte funktion under betingelser tæt på det tredimensionelle væv.

Forskere fra Bionanotechnology Lab ved Kazan Federal University kombinerede biopolymerer chitosan og agarose (polysaccharider) og gelatineprotein til fremstilling af vævstekniske stilladser og demonstrerede forbedring af mekanisk styrke, højere vandoptagelse og termiske egenskaber i kitosan-gelatin-agarose-hydrogeler dopet med halloysit.

Chitosan, en naturlig bionedbrydelig og kemisk alsidig biopolymer, er blevet effektivt brugt i antibakterielle, svampedræbende, antitumor og immunstimulerende formuleringer. For at overvinde ulemperne ved rene chitosan stilladser såsom mekanisk skrøbelighed og lav biologisk modstand, chitosan stilladser er typisk dopet med andre bærende forbindelser, der muliggør mekanisk forstærkning, hvilket giver sammensatte biologisk resistente stilladser.

Agarose er et galactose-baseret rygrad polysaccharid isoleret fra røde alger, med bemærkelsesværdige mekaniske egenskaber, der er nyttige i designet af vævstekniske stilladser.

Gelatine dannes ud fra kollagen ved hydrolyse (brydning af triple-helix-strukturen til enkeltstrengede molekyler) og har en række fordele i forhold til dets forstadie. Det er mindre immunogent sammenlignet med kollagen, og det bevarer informationssignalsekvenser, der fremmer celleadhæsion, migration, differentiering og spredning.

Overfladeuregelmæssighederne af stilladsets porer skyldes uopløselige komponenter i nanostørrelse; disse fremmer den bedste vedhæftning af cellerne på stilladsmaterialer, mens nanopartikelfyldstofferne øger kompositternes styrke. Dermed, forskere dopede halloysit nanorør ind i en chitosan-agarose-gelatine-matrix for at designe de implanterbare 3-D-cellestilladser.

De resulterende stilladser demonstrerer formhukommelse ved deformation og har den porøse struktur egnet til celleadhæsion og proliferation, afgørende for fremstilling af kunstigt væv. Makroskopiske observationer har bekræftet, at alle prøverne af stilladser udviser den svampelignende adfærd med formhukommelsen og formrekonstitutionen efter deformation både i våde og tørre tilstande.

Hævelseseksperimenterne indikerede, at tilsætning af halloysit i høj grad kan forbedre hydrofilicitet og befugtning af sammensatte stilladser. Inkorporeringen af ​​halloysit nanorør i stilladserne øger vandoptagelsen og forbedrer efterfølgende biokompatibiliteten. De iboende egenskaber af halloysit nanorør kan bruges til at forbedre biokompatibiliteten af ​​stilladser ved påfyldning og vedvarende frigivelse af forskellige bioaktive forbindelser. Dette giver udsigt til stilladser med definerede egenskaber til rettet differentiering af celler på matricer på grund af gradvis frigivelse af differentieringsfaktorer.

Eksperimenter med to typer humane kræftceller (A549 og Hep3B) viser, at in vitro celleadhæsion og proliferation på nanokompositterne sker uden ændringer i levedygtighed og cytoskeletdannelse.

Yderligere in vivo biokompatibilitet og biologisk nedbrydelighedsevaluering hos rotter har bekræftet, at stilladserne fremmer dannelsen af ​​nye blodkar omkring implantationsstederne. Stilladserne viser fremragende resorption inden for seks uger efter implantation hos rotter. Neo-vaskularisering observeret i nydannet bindevæv placeret nær stilladset muliggør fuldstændig genoprettelse af blodgennemstrømningen.

De opnåede resultater indikerer, at de halloysit-doterede stilladser er biokompatible som vist både in vitro og in vivo. Ud over, de bekræfter det store potentiale af chitosan-agarose-gelatine nanokomposit porøse stilladser doteret med halloysit i vævsteknologi med potentiale for vedvarende nanorør-lægemiddellevering.