Реплика

Том 12 научных докладов, номер статьи: 14497 (2022 г.) Цитировать эту статью

1082 Доступа

2 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Биомимитирование нативных тканей и органов требует разработки современных гидрогелей. Формирование поверхности гидрогеля может улучшить клеточную функциональность и терапевтическую эффективность имплантатов. Например, наноструктурирование поверхности интраокулярной линзы (ИОЛ) может подавлять активацию белков цитоскелета (актина и актинина) внутри клеток, контактирующих с поверхностью ИОЛ, и, следовательно, предотвращать вторичную катаракту, вызывающую нечеткость или непрозрачность зрения. Здесь мы представляем быстрый и эффективный метод изготовления массивов, состоящих из миллионов отдельных наноструктур на поверхности гидрогеля. В частности, мы подготовили случайно распределенные наностолбики на гидрогеле поли(2-гидроксиэтилметакрилата) с помощью формования реплик и показали, что количество, форма и расположение наноструктур полностью регулируются. Характеристика с помощью атомно-силовой микроскопии показала, что все наностолбики имели одинаковую форму, узкое распределение по размерам и не имели значительных дефектов. В импринт-литографии выбор подходящей композиции гидрогеля имеет решающее значение. Поскольку гидрогели с импринтированными наноструктурами имитируют естественную клеточную среду, они могут найти применение в фундаментальных исследованиях в области клеточной биологии, например, они могут регулировать прикрепление клеток и ингибировать или стимулировать кластеризацию клеток за счет специфического расположения выступающих наноструктур на поверхности гидрогеля.

Гидрогелевые материалы, состоящие из гидрофильных сшитых полимерных цепей, широко используются в тканевой инженерии благодаря их способности поглощать и удерживать большое количество воды, сохраняя при этом нерастворимую трехмерную сетчатую структуру1. Биосовместимость гидрогелей тщательно исследовалась с точки зрения их использования в биомедицинской промышленности со времени новаторской работы Вихтерле и Лима в 1960 году2. Гидрогели из природных полимеров обладают рядом преимуществ, таких как биосовместимость, клеточно-контролируемая деградация и внутреннее клеточное взаимодействие3. Однако они имеют ограниченный диапазон механических свойств. Напротив, синтетические полимеры могут быть получены с точно контролируемыми структурами и функциями, хотя их ограниченная способность к разложению в физиологических условиях и токсичных химикатах может иметь недостатки4. Один из наиболее изученных синтетических гидрогелей создан на основе поли(2-гидроксиэтилметакрилата, PHEMA). Этот полимер синтезируется из мономера-предшественника 2-гидроксиэтилметакрилата (HEMA) посредством свободнорадикальной полимеризации, инициируемой термически или радиационно (гамма, УФ, синий свет)5. ФЕМА представляет собой прозрачный, биосовместимый, нетоксичный, неразлагаемый, неадгезивный гидрофильный гидрогелевый материал с высокой и регулируемой механической прочностью6, который применяется в области биомедицины, особенно в офтальмологии, особенно в качестве контактных и интраокулярных линз7.

За прошедшие годы было разработано множество достижений и модификаций гидрогелей, в которых гидрогель PHEMA используется для различных биомедицинских применений8. Одной из важнейших областей применения является доставка лекарств, белков или клеток для тканевой инженерии9. PHEMA можно вводить непосредственно в организм, и он является минимально инвазивным10. Препарат обычно инкапсулирован внутри гидрогеля11. Микропористость полимеров гидрогеля также можно использовать для контроля диффузии молекулярных частиц внутрь гидрогеля и из него. Например, регулировка размера ячеек полимера может привести к избирательному исключению белков и других нежелательных примесей в терапевтических и диагностических целях12. Еще одним известным применением гидрогелей является включение факторов роста (эндотелия сосудов, основных фибробластов, эпидермального и костного морфогенетического белка) в PHEMA, способствуя образованию кровеносных сосудов13. Наноструктурирование поверхности откроет ряд новых возможностей применения, например, подавление образования белков цитоскелета14 на поверхности интраокулярной линзы (ИОЛ), что может вызвать ее изменение от прозрачного к непрозрачному. Подтверждение этой гипотезы будет иметь важное значение для создания ИОЛ, устойчивой к вторичной катаракте. Однако для реализации этих приложений необходимо разработать масштабируемые методологии для получения больших площадей поверхности с низкими затратами.