A tecnologia de microgel surgiu como uma ferramenta poderosa e versátil para aplicações de medicina regenerativa e engenharia de tecidos1. Assim como suas contrapartes a granel, os microgéis são caracterizados por alto teor de água, propriedades físico-químicas ajustáveis e mimetismo do ambiente extracelular nativo. Devido aos avanços nas técnicas de fabricação, os microgéis podem ser produzidos em diferentes formas e tamanhos a partir de uma variedade de polímeros naturais e sintéticos. Eles também podem ser utilizados para encapsulamento controlado de células e terapêuticas. Uma das principais vantagens dos microgéis em comparação com os hidrogéis a granel tradicionais é que eles são prontamente injetáveis, permitindo assim a entrega minimamente invasiva de carga celular, medicamentos ou andaimes biológicos para reparo de tecidos. Além disso, os sistemas modulares de microgéis são facilmente alcançáveis misturando populações de microgéis com propriedades distintas, enquanto a incorporação de microgéis em hidrogéis convencionais fornece uma rota para compósitos de matéria mole. Quando muitos microgéis são embalados em um estado atolado, eles dão origem a géis granulares, materiais a granel com propriedades dinâmicas em macroescala que podem ser aproveitados como um banho de suporte para impressão tridimensional (3D) incorporada ou como tintas de impressão 3D. Esta coleção de artigos explora uma ampla gama de métodos para formulação e fabricação de microgéis, bem como sua utilização para possíveis aplicações biomédicas.
Abordagens econômicas, sem emulsão e tecnologicamente não exigentes para a geração de microgéis em grandes quantidades são muito necessárias. Para resolver isso, Muir et al. demonstraram um protocolo elegante para a geração de microgéis de ácido hialurônico (HA) modificados com norborneno por meio de fragmentação por extrusão2. Os hidrogéis a granel fotoreticulados foram extrudados através de uma série de agulhas com diâmetros sequencialmente menores. As partículas de microgel fragmentadas resultantes foram então obstruídas por filtração acionada a vácuo para formar um hidrogel granular compactado que pode ser usado como tinta para impressão 3D baseada em extrusão. Stager et al. apresentaram outra abordagem de fragmentação onde um hidrogel de quitosana reticulado foi extrudado através de um filtro de malha para gerar partículas de microgel com tamanho3 controlado. Os hidrogéis fragmentados demonstraram promover a regeneração do tecido cartilaginoso quando empregados em um modelo de lesão de placa de crescimento em ratos.
A interligação de partículas de microgel emperradas dá origem a hidrogéis granulares recozidos e andaimes a granel porosos com microarquiteturas exclusivas. Anderson et al. forneceram um protocolo para a geração microfluídica de microgéis de HA fotoreticuláveis que são posteriormente liofilizados sem danos à rede polimérica4. A reidratação controlada dos microgéis liofilizados e a subsequente interligação por meio de um esquema de reticulação bi-ortogonal levam à formação de arcabouços porosos de HA com fração de partícula controlada, demonstrada pelos autores para influenciar significativamente a infiltração e migração celular. Roosa et al. descreveram um método para síntese microfluídica de alto rendimento de grandes volumes de microgéis de polietilenoglicol (PEG)5. Os autores então demonstram abordagens para purificação de microgel, caracterização básica de micropartículas e recozimento de partículas com base em um mecanismo de reticulação secundário para formar um andaime microporoso. Rommel et al. apresentaram uma abordagem para gerar andaimes recozidos com maior porosidade, utilizando partículas de microgel anisotrópicas6. Eles aproveitaram a microfluídica de foco de fluxo para criar hastes de microgel a partir de polímeros estrela-PEG com proporções controláveis. Os andaimes de haste de microgel recozidos podem ser usados como um ambiente 3D para experimentos com células. Luo et al. demonstraram um método para a geração de microesferas porosas altamente abertas por meio de uma abordagem microfluídica simples que poderia ser usada para a entrega de células ou produtos biológicos7.
As propriedades reológicas únicas dos géis granulares os tornam suportes ideais para impressão 3D incorporada de hidrogéis e células macias8. Machour et al. combinaram uma abordagem para impressão 3D incorporada dentro de géis granulares de gelatina com impressão 3D baseada em molde sacrificial para criar retalhos de tecido projetados9. Este método híbrido foi aproveitado para criar uma rede vascular hierárquica a partir de tinta à base de colágeno misturada com células endoteliais. O retalho projetado foi então implantado diretamente em uma artéria femoral de rato. Jalandhra et al. demonstraram uma abordagem para a criação de construções que imitam o osso por meio da impressão 3D incorporada de uma tinta cerâmica à base de fosfato de cálcio dentro de gel granular carregado de células feito de microgéis de metacrilato de gelatina (GelMA)10. O suporte granular foi recozido após a impressão para dar suporte ao crescimento celular ao redor das estruturas projetadas que imitam o osso. Kajtez et al. empregaram impressão 3D incorporada para criar construções de tecido neural baseadas em células-tronco humanas11. Eles desenvolveram um material de suporte de impressão composto que combina microgéis de alginato e solução de matriz extracelular à base de colágeno. A reticulação suave do colágeno recoze o suporte de impressão para fornecer um ambiente favorável para a diferenciação de células-tronco neurais em neurônios funcionais. Senior et al. aproveitaram o processamento de cisalhamento durante a abordagem de gelificação para gerar um banho de suporte à base de agarose para impressão 3D incorporada12. As propriedades térmicas da agarose possibilitam que construções de hidrogel carregadas de células impressas sejam cultivadas sem derreter o banho de suporte.
As tintas de microgel encravadas apresentam uma rota para impressão 3D controlável de possivelmente qualquer hidrogel de outra forma difícil de imprimir devido à sua baixa viscosidade ou dinâmica de reticulação difícil de controlar13. Como tintas de microgel, os hidrogéis podem ser impressos de maneira tradicional camada por camada ou em um banho de suspensão. Eles também podem acomodar células para formar biotintas granulares. Como tal, as biotintas granulares fornecem uma solução para a bioimpressão de materiais não compatíveis com os métodos tradicionais que podem exigir aditivos ou condições de reticulação prejudiciais às células. Zaman et al. fornecem um método que aumenta ainda mais a capacidade de impressão dessas tintas, programando hidrogéis GelMA com automontagem de nanopartículas interfaciais reversíveis14. Devido às interações interpartículas alteradas, as biotintas granulares de nanoengenharia resultantes podem ser impressas em menor densidade de empacotamento, o que permite a formulação de biotintas granulares com microporosidade aumentada bem preservada durante todo o processo de impressão. Além disso, os autores descrevem uma metodologia para geração de micropartículas de hidrogel microfluídico de alto rendimento, conversão para micro-aerogéis e recozimento de tinta granular usando transglutaminase.
Em resumo, esta coleção de artigos fornece orientações práticas detalhadas para uma ampla gama de aplicações da tecnologia de microgel. A coleção não apenas descreve o uso de diferentes materiais de hidrogel e mecanismos de reticulação, mas também apresenta várias técnicas de fabricação para geração de micropartículas de hidrogel. Mais importante ainda, a coleção fornece informações úteis sobre como empregar micropartículas de hidrogel para impressão 3D e medicina regenerativa, aplicações altamente promissoras de tecnologias de microgel e gel granular.