Die extrazelluläre Matrix hat inhärente biochemische und biophysikalische Hinweise, die das Verhalten der Zellen steuern. Die Nachahmung dieser physiologischen dreidimensionalen (3D) Mikroumgebung ist eine weit verbreitete Strategie für Anwendungen in der regenerativen Medizin und im Tissue Engineering. Zum Beispiel wurden sowohl natürlich gewonnene als auch synthetische Substrate mit topographischen Hinweisen modifiziert, um die biophysikalische zelluläre Umgebung nachzuahmen. 1 Zum Beispiel können Polycaprolacton (PCL)-Gerüste leicht strukturiert werden, indem auf gemusterte PDMS-Substrate gegossen wird. 2 Die meisten synthetischen Gerüste rekapitulieren jedoch die kontrollierte biochemische Umgebung in vivo nur unzureichend.Die Massen- oder Oberflächenmodifikation von synthetischen Materialien bietet nur biochemische Signale für die Zellanhaftung, aber es fehlt noch eine zeitliche Regulierung der biochemischen Verabreichung. 3 Daher besteht ein Bedarf an optimalen Gerüsten, die das zeitlich regulierte biochemische Verabreichungssystem der extrazellulären Matrix nachahmen können.
Biochemische Verabreichungssysteme wie Mikrosphären werden aufgrund der Schwere und Komplexität des mehrstufigen Syntheseprozesses von Problemen des Verlusts der Bioaktivität und der geringen Inkorporationseffizienz geplagt. 4-6 Alternative Methoden, die eine einstufige Herstellungs- und Einbaumethode verwenden, haben nachweislich ein hervorragendes Potenzial, eine günstige biochemische Mikroumgebung zu schaffen, ohne die damit einhergehende Ineffizienz beim Einbau und Verlust der Bioaktivität. Eine praktikable Lösung ist die Verwendung von Grenzflächenfasern mit Polyelektrolytkomplexierung (IPC), um biologische Wirkstoffe zu transportieren und zu schützen. Wenn zwei gegensätzlich geladene wässrige Polyelektrolytlösungen zusammengebracht werden, können IPC-Fasern aus der Grenzfläche herausgezogen werden. Praktisch jede Art von hydrophlischem Biomolekül in wässriger Lösung kann entweder in die negativ oder positiv geladene Polyelektrolytlösung gegeben werden, wodurch der Einbau nützlicher Biomoleküle in die IPC-Faser während des Komplexierungsprozesses erleichtert wird. Darüber hinaus sind für dieses Verfahren nur Wasser- und Umgebungsbedingungen erforderlich, wodurch das Risiko eines Verlusts der Bioaktivität verringert wird. Mit dieser Methode wurden aktive Wachstumsfaktoren2,7 sogar Zellen8,9 erfolgreich abgegeben. Darüber hinaus ermöglicht die einfache Methode der Formung von IPC-Fasern das Formen in jede Form und Ausrichtung. Die Stabilität solcher Fasern hat sich als vorteilhaft erwiesen, da sie sowohl in hydrophobe2 als auch in hydrophile Polymere7 eingebaut wurden, um Verbundgerüste herzustellen. Diese Verbundgerüste mit IPC-Fasern sind vorteilhaft, um eine physiologisch relevante biochemische Umgebung zu schaffen und gleichzeitig eine physikalische Verankerung für Zellen zu bieten.
In dieser Studie zeigen wir eine Methode, um IPC-Fasern in ein hydrophiles und ein hydrophobes Gerüst mit Topographie für eine kontrollierte Freisetzung aktiver Biomoleküle einzubauen. Als Proof-of-Concept integrieren wir IPC-Fasern aus Chitosan und Alginat in das biokompatible, nicht-immunogene und nicht-antigene hydrophile Pullulan-Dextran-Hydrogel oder das biokompatible hydrophobe Polycaprolacton-Gerüst.