Внеклеточный матрикс обладает врожденными биохимическими и биофизическими сигналами, которые управляют поведением клеток. Имитация этого физиологического трехмерного (3D) микроокружения является широко изученной стратегией в регенеративной медицине и приложениях тканевой инженерии. Например, как натуральные, так и синтетические субстраты были модифицированы с помощью топографических сигналов в качестве средства имитации биофизической клеточной среды. 1 Например, каркасы из поликапролактона (PCL) могут быть легко структурированы путем литья на структурированные подложки PDMS. 2 Однако большинство синтетических каркасов неадекватно воспроизводят контролируемую биохимическую среду in vivo. Объемная или поверхностная модификация синтетических материалов представляет собой только биохимические сигналы для прикрепления клеток, но все еще не имеет временной регуляции биохимической доставки. 3 Таким образом, существует потребность в оптимальных каркасах, которые могут имитировать регулируемую во времени биохимическую систему доставки внеклеточного матрикса.
Биохимические системы доставки, такие как микросферы, страдают от проблем потери биологической активности и низкой эффективности встраивания из-за тяжести и сложности многоступенчатого процесса синтеза. 4-6 Доказано, что альтернативные методы, использующие одностадийный метод изготовления и инкорпорации, обладают превосходным потенциалом для создания благоприятной биохимической микросреды без сопутствующей неэффективности инкорпорации и потери биологической активности. Одним из жизнеспособных решений является использование волокон межфазного полиэлектролитного комплексообразования (IPC) для доставки и защиты биологических агентов. Когда два противоположно заряженных водных раствора полиэлектролита соединяются, волокна IPC могут быть вытянуты из границы раздела. Практически любой тип гидрофлиевой биомолекулы в водном растворе может быть добавлен либо в отрицательно, либо в положительно заряженный раствор полиэлектролита, что облегчает включение полезных биомолекул в волокно ИПК в процессе комплексообразования. Кроме того, для этого процесса требуются только водные условия и условия окружающей среды, что снижает риск потери биологической активности. С помощью этого метода были успешно доставлены активные факторы роста2,7 даже клетки8,9. Кроме того, простой метод формования волокон IPC позволяет придавать им любую форму и ориентацию. Стабильность таких волокон была положительной при их включении как в гидрофобные2, так и в гидрофильные полимеры7 для создания композитных каркасов. Эти композитные каркасы с волокнами IPC полезны для создания физиологически значимой биохимической среды, обеспечивая при этом физическую опору для клеток.
В этом исследовании мы показываем метод включения волокон IPC в гидрофильный и гидрофобный каркас с топографией для контролируемого высвобождения активных биомолекул. В качестве доказательства концепции мы включаем волокна IPC, изготовленные из хитозана и альгината, в биосовместимый, неиммуногенный и неантигенный гидрофильный гидрогель пуллулан-декстрана или биосовместимый поликапролактон-гидрофобный каркас.