Синтез РГД-функционализированного гидрогелей в качестве инструмента для терапевтических применений

Краткое содержание

Мы представляем протокол синтеза функционализированных RGD гидрогелей в качестве устройств для доставки клеток и лекарств. Процедура включает в себя катализируемое медью алкин-азидное циклоприсоединение (CuAAC) между алкин-модифицированной полиакриловой кислотой (PAA) и производным RGD-азида. Гидрогели получают с помощью микроволновой поликонденсации и исследуют их физико-химические свойства.

Аннотация

Использование полимеров в качестве биоматериалов обеспечило значительные преимущества в терапевтических приложениях. В частности, возможность модификации и функционализации полимерных цепей соединениями, способными улучшать биосовместимость, механические свойства или жизнеспособность клеток, позволяет разрабатывать новые материалы для решения новых задач в биомедицинской области. Благодаря стратегиям функционализации полимеров, клик-химия является мощным инструментом для улучшения клеточной совместимости и свойств доставки лекарств полимерных устройств. Аналогичным образом, фундаментальная потребность биомедицины в использовании стерильных инструментов для предотвращения потенциальных неблагоприятных побочных эффектов, таких как токсичность или загрязнение биологической среды, вызывает растущий интерес к микроволновой стратегии.

Комбинация клик-химии и микроволнового метода подходит для производства биосовместимых гидрогелей с желаемыми функциональными возможностями и улучшенными характеристиками в биомедицинских приложениях. Данная работа направлена на синтез функционализированных РГД гидрогелей. RGD (аргинилглициласпарагиновая кислота) представляет собой трипептид, который может имитировать белки клеточной адгезии и связываться с рецепторами клеточной поверхности, создавая благоприятную микросреду для клеток внутри 3D-полимерной сети гидрогелей. Функционализация РГД происходит за счет 1,3-дипольного циклоприсоединения Гёйсгена. Некоторые карбоксильные группы ПАА модифицируются алкиновой группой, в то время как РГД функционализируется азидокислотой в качестве конечного остатка пептидной последовательности. Наконец, оба продукта используются в катализируемой медью клик-реакции для постоянного связывания пептида с ПАА. Этот модифицированный полимер используется с карбомером, агарозой и полиэтиленгликолем (ПЭГ) для синтеза гидрогелевой матрицы. 3D-структура формируется в результате реакции этерификации с участием карбоксильных групп из ПАА и карбомерных и гидроксильных групп из агарозы и ПЭГ путем микроволновой поликонденсации. Эффективность механизма гелеобразования обеспечивает высокую степень функционализации РГД. Кроме того, процедура загрузки терапевтических соединений или биологических инструментов в эту функционализированную сеть очень проста и воспроизводима.

Введение

Гидрогели представляют собой трехмерные сетки, образованные гидрофильными сшитые полимеры, которые являются природными или синтетическими, и характеризуется отличительным трехмерной структурой. Эти устройства становятся все более привлекательными в биомедицинской области доставки лекарственных средств, тканевой инженерии, носителей генов и интеллектуальных датчиков ^1,2. В самом деле, высокое содержание в них воды, а также их реологические и механические свойства делают их пригодными кандидатами для имитации микросреды мягких тканей и сделать их эффективными инструментами для водорастворимого цитокина или доставки фактора роста. Одним из наиболее перспектив....

Протокол

Примечание: химические вещества используются как получено. Линейный РГД куплен, но он может быть получен с помощью стандартного твердофазного пептидного синтеза Fmoc - ^16,19. Растворители аналитической чистоты. Диализ требует использования мембраны с М _ш отсечения равна 3500 Да. Синтезированные соединения характеризуются с помощью ¹ Н ЯМР - спектров , зарегистрированных на 400 МГц - спектрометра с использованием хлороформа (CDCl ₃₎ или оксида дейтерия (D ₂ O) в качестве растворителей, и химические сдвиги указаны в & delta ; значений в частях на миллион. Кроме того, гидрогели подвергают ИК-анализа с использованием....

Результаты

Производная ПАА алкиновая эффективно синтезируют из полиакриловой кислоты и пропаргиламина, как показано на рисунке 1 , где п нумерует мономеры которых карбоксильные группы взаимодействуют с амином. Идентичность продукта подтверждают с помощью ¹ Н-ЯМР - спектроскопии. На рисунке 5 показан ¹ H-ЯМР спектр ПАА модифицированного с тройной связью.

Обсуждение

Модификация ПАА после полимеризации алкиновыми фрагментами и функционализация RGD с азидной группой гарантируют образование стабильной связи между полимером и пептидом. Действительно, триазол служит жесткой связующей единицей среди атомов углерода, прикрепленной к 1,4 позициям кольца 1,2,3-триазола, и он не может быть расщеплен гидролитически или иным образом. Кроме того, триазол чрезвычайно трудно окисляется и восстанавливается, в отличие от других циклических структур, таких как бензолоиды и родственные им ароматически.......

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье

Имя	Компания	Каталожный номер	Комментарии
Раствор поли(акриловой кислоты) в среднем Mw ~100,000, 35 мас.% в H2O	Sigma Aldrich	523925	CAS 9003-01-4
Poly(этиленгликоль) 2,000	Sigma Aldrich	84797	CAS 25322-68-3
Carbomeer 974P	Fagron	1387083
Agarose	Корпорация «Инвитроген»	16500-500	UltraPure Agarose
RGD пептид	abcam	ab142698
4-азидобутановая кислота	Aurum Pharmatech	Z-2421	CAS 54447-68-6
Оксалилхлорид	Sigma Aldrich	O8801	CAS 79-37-8
Пропаргиламна гидрохлорид 95%	Sigma Aldrich	P50919	CAS 15430-52-1
Йодид меди(I)	Sigma Aldrich	3140	CAS 7681-65-4
Аскорбат натрия	Sigma Aldrich	Y0000039	CAS 134-03-2
Фосфатный буферный раствор	Sigma Aldrich	P4417
Диализная мембрана	Spectrum Laboratories, Inc.	132725	Диализная мембрана Spectra/POR 3  Стандартная железобетонная трубка MWCO: 3,5 кД