Microgel-technologie is opgedoken als een krachtig en veelzijdig hulpmiddel voor toepassingen in regeneratieve geneeskunde en weefselengineering1. Net als hun bulk tegenhangers, worden microgels gekenmerkt door een hoog watergehalte, instelbare fysisch-chemische eigenschappen en mimicry van de native extracellulaire omgeving. Dankzij de vooruitgang in fabricagetechnieken kunnen microgels in verschillende vormen en maten worden geproduceerd van een reeks natuurlijke en synthetische polymeren. Ze kunnen ook worden gebruikt voor gecontroleerde incapsulatie van cellen en therapeutische middelen. Een van de belangrijkste voordelen van microgels in vergelijking met traditionele bulkhydrogels is dat ze gemakkelijk te injecteren zijn, waardoor minimaal invasieve levering van cellulaire lading, geneesmiddelen of biologische scaffolds voor weefselreparatie mogelijk is. Bovendien zijn modulaire microgelsystemen eenvoudig verkrijgbaar door microgelpopulaties met verschillende eigenschappen te mengen, terwijl het inbedden van microgels in conventionele hydrogels een route biedt naar composieten van zachte materie. Wanneer veel microgels in een geblokkeerd toestand worden verpakt, geven ze aanleiding tot granulaire gels, bulkmaterialen met dynamische macroschalige eigenschappen die kunnen worden benut als een ondersteunend bad voor ingebed driedimensionaal (3D) printen of als 3D printinkten. Deze verzameling artikelen onderzoekt een breed scala aan methoden voor microgelformulering en fabricage, evenals hun toepassing voor potentiële biomedische toepassingen.
Kostefficiënte, emulsievrije en technologisch niet veeleisende benaderingen voor de generatie van microgels in grote hoeveelheden zijn hard nodig. Om dit aan te pakken, demonstreerden Muir et al. een elegant protocol voor de generatie van norborneen-gemodificeerde hyaluronzuur (HA) microgels via extrusiefragmentatie2. Foto-overkruiste bulkhydrogels werden geëxtrudeerd door een reeks naalden met sequentieel kleinere diameters. De resulterende gefragmenteerde microgeldeeltjes werden vervolgens geblokkeerd door vacuümgestuurde filtratie om een strak verpakte granulaire hydrogel te vormen die kan worden gebruikt als inkt voor extrusie-gebaseerde 3D-printen. Stager et al. presenteerden een andere fragmentatieaanpak waarbij een verknoopt chitosan-hydrogel werd geëxtrudeerd door een maasfilter om microgeldeeltjes met gecontroleerde grootte te genereren3. Gefragmenteerde hydrogels bleken vervolgens kraakbeenweefselregeneratie te bevorderen wanneer ze werden toegepast in een groeiplakwond-ratmodel.
Het interlinken van geblokkeerde microgeldeeltjes geeft aanleiding tot geannealeerde granulaire hydrogels en poreuze bulkscaffolds met unieke microarchitecturen. Anderson et al. boden een protocol voor de microfluïdische generatie van fotooverkruikbare HA microgels die vervolgens zonder schade aan het polymeernetwerk worden gevriesdroogd4. Gecontroleerde rehydratie van de gevriesdroogde microgels en vervolgens interlinken via een biorthogonaal verknopingsschema leidt tot de vorming van poreuze HA-scaffolds met gecontroleerde deeltjesfractie, aangetoond door de auteurs om celinfiltratie en migratie aanzienlijk te beïnvloeden. Roosa et al. beschreven een methode voor hoge doorvoer microfluïdische synthese van grote volumes polyethyleenglycol (PEG) microgels5. De auteurs demonstreren vervolgens benaderingen voor microgelzuivering, basismicrodeeltjeskarakterisering en deeltjesannealing op basis van een secundair verknopingsmechanisme om een microporiënscaffold te vormen. Rommel et al. toonden een aanpak voor het genereren van geannealde scaffolds met verhoogde porositeit door gebruik te maken van anisotropische microgeldeeltjes6. Ze profiteerden van de flow-focusing microfluïdica om microgelstaven te maken van star-PEG-polymeren met controleerbare aspectverhoudingen. Geannealde microgelstaafscaffolds kunnen worden gebruikt als een 3D-omgeving voor celexperimenten. Luo et al. demonstreerden een methode voor de generatie van hoog open poreuze microsferen via een eenvoudige microfluïdische aanpak die kan worden gebruikt voor de levering van cellen of biologische producten7.
De unieke reologische eigenschappen van granulaire gels maken ze ideaal voor ondersteuning van ingebed 3D-printen van zachte hydrogels en cellen8. Machour et al. combineerden een benadering voor ingebed 3D-printen binnen gelatine granulaire gels met op offermodel gebaseerd 3D-printen om geëngineerde weefselflappen te creëren9. Deze hybride methode werd gebruikt om een hiërarchisch vaatwerknetwerk te creëren van collageen-gebaseerde inkt gemengd met endotheelcellen. De geëngineerde flap werd vervolgens direct geïmplanteerd in een rat femurslagader. Jalandhra et al. demonstreerden een aanpak voor de creatie van bot-nabootsende constructies via ingebed 3D-printen van een calciumfosfaat-gebaseerde keramische inkt binnen cel-geladen granulaire gel gemaakt van gelatine methacrylaat (GelMA) microgels10. De granulaire ondersteuning werd na het printen geanneleerd om ondersteuning te geven aan celgroei rond de geëngineerde bot-nabootsende structuren. Kajtez et al. gebruikten ingebed 3D-printen om humane stamcel-gebaseerde neurale weefselconstructies te creëren11. Ze ontwikkelden een composiet printondersteuningsmateriaal dat alginaat microgels en collageen-gebaseerde extracellulaire matrixoplossing combineert. Zacht verknoppen van collageen annealeert de printondersteuning om een gunstige omgeving te bieden voor de differentiatie van neurale stamcellen tot functionele neuronen. Senior et al. profiteerden van de shear-verwerking tijdens gelatieaanpak om een agarose-gebaseerde ondersteuningsbad voor ingebed 3D-printen te genereren12. De thermische eigenschappen van agarose maken het mogelijk om gedrukte cel-beladen hydrogelconstructies te kweken zonder het ondersteuningsbad te smelten.
Geblokkeerde microgelinkten bieden een route voor controleerbaar 3D-printen van mogelijk elke hydrogel die anders moeilijk te printen is vanwege zijn lage viscositeit of moeilijk te beheersen verknopingsdynamica13. Als microgelinkten kunnen hydrogels worden geprint op een traditionele laag-voor-laag manier of in een suspensiebad. Ze kunnen ook