Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

Syntesen af ​​RGD-funktionaliserede Hydrogeler som værktøj for terapeutiske applikationer

Published: October 7, 2016 doi: 10.3791/54445
Automatic Translation
1, 1, 1
1Department of Chemistry, Materials and Chemical Engineering "Giulio Natta", Politecnico di Milano

Introduction

Hydrogeler er tredimensionale netværk dannet af hydrofile tværbundne polymerer, som er naturligt eller syntetisk, og karakteriseret ved en karakteristisk tredimensional struktur. Disse enheder er mere attraktive i de biomedicinske områder drug delivery, tissue engineering, genbærere og intelligente sensorer 1,2. Faktisk deres høje vandindhold, såvel som deres reologiske og mekaniske egenskaber gør dem egnede kandidater til at efterligne blødt væv mikromiljøer og gør dem effektive redskaber til vandopløseligt cytokin eller vækstfaktor levering. En af de mest lovende anvendelse er som en injicerbar biomateriale transporterer celler og bioaktive forbindelser. Hydrogeler kan forbedre celleoverlevelse og kontrol stamceller skæbne ved at holde og præcist at levere stamcelle regulatoriske signaler i en fysiologisk relevant måde, som observeret i in vitro og i in vivo eksperimenter 3,4. Den førende Fordelen ved dette er mulighedenat opretholde injicerede celler i zonen af inokulering (in situ), minimere mængden af celler, der forlader området og ekstravaserer i kredsløbssystemet torrent, migrerer over hele kroppen og miste målet mål 5. Stabiliteten af de tredimensionale hydrogel net skyldes dens tværbindingssteder, der dannes ved kovalente bindinger eller kohæsive kræfter blandt polymerkæderne 6.

Inden for disse rammer, retvinklede selektiv kemi anvendt på polymer kæder er et alsidigt værktøj stand til at forbedre hydrogel forestillinger 7. Faktisk kunne modifikation af polymerer med egnede kemiske grupper medvirke til at give passende kemisk, fysisk og mekaniske egenskaber, der kan forbedre cellernes levedygtighed og deres anvendelse i formation væv. På samme måde, blandt de teknikker til at indlæse celler eller vækstfaktorer i gelmatrixen, anvendelsen af ​​RGD peptid giver forbedringer i celleadhæsion og overlevelse. RGD er et tripeptid sammensataf arginin, glycin og asparaginsyre, som er langt den mest effektive og ofte ansat tripeptid grund af sin evne til at behandle mere end én celle adhæsion-receptor og dens biologiske virkning på celle forankring, adfærd og overlevelse 8,9. I dette arbejde, er syntesen af ​​RGD-funktionaliserede hydrogeler undersøgt med det formål at designe net karakteriseret ved tilstrækkelige biokemiske egenskaber for et gæstfrit celle mikromiljø.

Brugen af mikrobølgestråling i hydrogel syntese tilbyder en enkel procedure for at minimere sidereaktioner og opnå højere reaktionshastigheder og udbytter i en kortere periode i forhold til de konventionelle termiske processer 10. Denne metode kræver ikke rensningstrin og udbytter sterile hydrogeler på grund af de interaktioner af de polymerer og fravær af organisk opløsningsmiddel i reaktionssystemet 11. Derfor er det sikrer høje procentdele af RGD knyttet til det polymere netværk, fordi ingen modifications skal de polymere kemiske grupper, der er involveret i geldannelse. Carboxylgrupper, fra PAA og carbomer, og hydroxylgrupper, fra PEG og agarose, give anledning til hydrogelen tredimensionelle struktur gennem en polykondensationsreaktion. De nævnte polymerer anvendes til syntesen af hydrogeler i rygmarvsskader reparation behandlinger 12. Disse enheder, som rapporteret i tidligere værker 13,14, viser høj biokompatibilitet samt mekaniske og fysisk-kemiske egenskaber, der ligner dem af mange levende væv og i thixotrope egenskab. Desuden forbliver de lokaliseret in situ, ved zonen for injektion.

I dette arbejde er PAA carboxylgrupper modificeret med en alkyn del (figur 1), og en RGD-azid forbindelse syntetiseres udnytte reaktiviteten af tripeptidet terminal gruppe -NH2 med en forberedt kemisk forbindelse med struktur (CH2) n - N 3 (<strong> Figur 2). Efterfølgende den modificerede PAA reagerer med RGD-azidderivat gennem CuAAC klik reaktion 15-17 (figur 3). Brugen af ​​en kobber (I) katalysator fører til store forbedringer i både reaktionshastigheden og regioselektivitet. Den CuAAC reaktion er meget udbredt i organisk syntese og i polymer videnskab. Den kombinerer høj effektivitet og høj tolerance over for de funktionelle grupper, og det er upåvirket af anvendelse af organiske opløsningsmidler. En høj selektivitet, hurtig reaktionstid og en enkel oprensningsprocedure tillader opnåelse af stjerne polymerer, blokcopolymerer eller kæder grafting ønskede dele 18. Dette klik strategi gør det muligt at modificere polymerer efter polymerisation for at tilpasse de fysisk-kemiske egenskaber i henhold til den endelige biokemiske ansøgning. De CuAAC forsøgsbetingelser er let at reproducere (reaktionen er ufølsom over for vand, hvorimod kobber oxidation kan forekomme minimalt), og arten afdannet triazol sikrer stabiliteten af ​​produktet. Anvendelsen af ​​kobbermetal kan betragtes som en kritisk punkt, på grund af sin potentielle toksiske virkning mod celler og i biologisk mikromiljø, men dialyse anvendes som rensningsmetode for at tillade fuldstændig fjernelse af katalytiske rester. Endelig PAA modificeret RGD anvendes i hydrogel syntese (figur 4) og de fysisk-kemiske egenskaber af de resulterende net undersøges, for at kontrollere den potentielle funktionalitet af disse systemer som celler eller lægemidler bærere.

figur 1
Figur 1: PAA modificeret alkyn syntese En ordning af PAA funktionalisering med alkyn gruppe;. "n" angiver de monomerer med carboxylgruppe reagere med propargylamin. Klik her for at seen større version af denne figur.

Figur 2
Figur 2:.. RGD-azid syntese Syntesen af RGD-azidderivat Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 3
Figur 3: Klik reaktion Arrangement med klik reaktion mellem RGD-azidderivat og alkyn-PAA.. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 4
Figur 4: Hydrogel Synthesis. RGD funktionaliserede hydrogel syntese procedure. Klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Bemærk: De kemikalier anvendes som modtaget. Lineær RGD er købt, men det kan fremstilles ved standard Fmoc fastfasepeptidsyntese 16,19. Opløsningsmidler er af analytisk kvalitet. Dialysen kræver anvendelse af membran med en Mw afskæring lig med 3.500 Da. De syntetiserede forbindelser er karakteriseret ved 1H NMR-spektre er optaget på et 400 MHz spektrometer under anvendelse af chloroform (CDCI3) eller deuteriumoxid (D2O) som opløsningsmidler, og kemiske skift er rapporteret som o-værdier i ppm. Desuden er hydrogeler underkastes FT-IR-analyse under anvendelse KBr pellet teknik og deres fysiske karakterisering involverer geleringsegenskaber undersøgelser vurderet ved anvendelse af inverterede reagensglas ved 37 ° C.

1. Syntese af 4-Azidobutanoyl Chloride 1

  1. Opløs 500 mg 4-azidobutanoic syre (3,90 mmol) i 10 ml dichlormethan og 0,5 ml dimethylformamid.
  2. Afkøl opløsningen ved 0 ° C, Anvendelse af et isbad.
  3. Tilføj 505 pi oxalylchlorid (5,85 mmol) til 5 ml dichlormethan og tilsæt langsomt dråbevist til reaktionssystemet, under omrøring.
  4. Efter 1 time ved 0 ° C ved anvendelse af et isbad, vende tilbage til stuetemperatur.
  5. Fjern opløsningsmidlet under reduceret tryk ved anvendelse af en rotationsfordamper.
  6. Karakterisere opnåede produkt ved 1H-NMR-spektroskopi, opløse prøven i CDCl3 16.

2. Syntese af RGD-azidderivat 2

  1. Opløs 50 mg RGD (0,145 mmol) i 1 ml 1 M NaOH.
  2. Opløs 24 mg af 1 (0,16 mmol) i 2 ml tetrahydrofuran.
  3. Tilføje alle RGD opløsning til opløsning 1 dråbevis ved 0 ° C ved anvendelse af isbad.
  4. Retur til stuetemperatur og omrøre natten over.
  5. Der tilsættes 1 ml 1 M HCI.
  6. Fjern opløsningsmidlet under reduceret tryk ved anvendelse af en rotationsfordamper.
  7. Karakterisere OBTained produkt ved 1H-NMR-spektroskopi, opløse prøven i D2O 16.

3. PAA Alkyn Modifikation 3

  1. Opløs 200 mg af 35% vægt / vægt PAA-opløsningen (2,8 mmol) i 15 ml destilleret vand.
  2. Tilføj 15,4 mg propargylamin hydrochlorid (0,20 mmol).
  3. Opløs 42,8 mg 1-hydroxybenzotriazolhydrat (HOBt, 0,28 mmol) i 14 ml af en 1: 1 volumen / volumen acetonitril: destilleret vand opløsning ved opvarmning til 50 ° C.
  4. Tilføj alle af HOBt opløsning til PAA-opløsningen ved stuetemperatur.
  5. Tilføj 53,6 mg ethyldimethylaminopropylcarbodiimide (EDC, 0,28 mmol) til reaktionsblandingen.
  6. Brug 1 M HCI for at indstille pH til 5,5 og omrør reaktionssystemet natten over ved stuetemperatur.
  7. Dialysere opløsningen. Opløs 11,2 g natriumchlorid i 2 I destilleret vand og hældes derefter 0,2 ml 37% vægt / vægt HCI. Dialysere opløsningen under anvendelse af en membran med en Mw afskæring på 3,5 kDa.
  8. Perform dialyse i tre dage. Skift dialyseopløsningen dagligt med 2 I frisk fremstillet destilleret vand indeholdende 0,2 ml 37% vægt / vægt HCI.
  9. den endelige løsning ved -80 ° C opbevares. Lyofilisere den i en frysetørrer ifølge producentens protokoller.
  10. Karakterisere funktionaliserede polymer ved 1H-NMR-spektroskopi, opløse prøven i D2O 16.

4. Syntese af PAA-RGD Polymer 4

  1. Opløs 78 mg af PAA modificeret alkyn 3 (1,083 mmol) i 10 ml destilleret vand.
  2. Opløs 25 mg af den RGD azid 2-derivat (0,0722 mmol) i 5 ml tetrahydrofuran.
  3. Tilføje alle RGD løsning til den polymere opløsning.
  4. Tilføj 2,2 mg kobberiodid (0,0116 mmol) og 2,2 mg natriumascorbat (0,0111 mmol).
  5. Tilbagesvaling af den resulterende blanding natten over ved 60 ° C under omrøring.
  6. Afkøl blandingen til 25 ° C.
  7. Dialyze løsningen. Opløs 11,2 g natriumchlorid i 2 I destilleret vand og hældes derefter 0,2 ml 37% vægt / vægt HCI. Dialysere opløsningen under anvendelse af en membran med en Mw afskæring på 3,5 kDa.
  8. Udfør dialyse i tre dage. Skift dialyseopløsningen dagligt med 2 I frisk fremstillet destilleret vand indeholdende 0,2 ml 37% vægt / vægt HCI.
  9. den endelige løsning ved -80 ° C opbevares. Lyofilisere den i en frysetørrer ifølge producentens protokoller.
  10. Karakterisere opnåede produkt ved 1H-NMR-spektroskopi, opløse prøven i D2O 16.

5. RGD-funktionaliseret Hydrogel Synthesis

  1. Forbered PBS. Opløs 645 mg PBS salt i 50 ml destilleret vand.
  2. Blend 40 mg carbomer og 10 mg funktionaliseret PAA 4 i 9 ml PBS (trin 5.1), ved stuetemperatur, indtil fuldstændig opløsning (30 min).
  3. Der tilsættes 400 mg af PEG til opløsningen og holde omrøring i 45 min.
  4. Stop omrøring og lade systemet til at nøjes med 30 min.
  5. Brug 1 N NaOH for at justere pH til 7,4.
  6. Til 5 ml af den opnåede blanding, tilsættes 25 mg agarose pulver.
  7. Bestråle systemet med mikrobølgestråling ved 500 W indtil kogning i et tidsrum sædvanligvis mellem 30 sek og 1 min, og elektromagnetisk varme op til 80 ° C.
  8. Lad blandingen udsættes for stuetemperatur, indtil dens temperatur falder til 50 ° C og tilsættes 5 ml PBS (trin 5.1), for at opnå en opløsning med en 1: 1 volumetrisk forhold.
  9. Forbered 12 flerbrøndspladen indeholder stålflasker med en diameter på 1,1 cm.
  10. Tag 500 pi prøver fra opløsningen og placere dem til hver stålflasker.
  11. Efterlad i hvile i 45 minutter indtil fuldstændig gelering af systemet.
  12. Fjern cylindrene ved hjælp en rustfri stål pincet til opnåelse hydrogelerne.

6. Loading af terapeutisk værktøj (Drug eller celler)

  1. Gentag steps 5,1-5,7.
  2. Når blandingen (allerede ved sol state) når 37 ° C, tilsættes 5 ml af opløsningen indeholdende det ønskede medikament opløsning eller cellekultur, for at opnå en endelig ordning ved en 1: 1 volumetrisk forhold.
  3. Gentag trin 5,9-5,12 at opnå polymere netværk med biocompounds fysisk indesluttet i gelen.

7. Hydrogel Karakterisering

  1. FT-IR-analyse
    1. Efter geldannelse, sættetid en af ​​de syntetiserede hydrogeler i 2,5 ml destilleret vand i 24 timer.
    2. Fjern de vandige medier, hvor hydrogel nedsænket og frysetørres med flydende N2.
    3. Laminere hydrogel prøven ifølge KBr pellet teknik.
      1. Tilføj en spatel fuld af KBr i en agatmorter. Tag en lille mængde hydrogel prøve (ca. 0,1-2% af KBr beløb, eller lige nok til at dække spidsen af ​​spatel) og blandes med KBr pulver.
      2. Grind blandingen, indtil pulveret er fint og homogent. </ Li>
      3. Brug KBr pellet kit til dannelse IR pellet. Tryk pulveret under anvendelse af en manuel laboratoriepresse: i 3 minutter ved tryk kapacitet lig med 5 tons og derefter i 3 minutter ved tryk kapacitet på 10 tons.
      4. Slip tryk til opnåelse af endelige pellet så homogen og transparent udseende. Sæt pillen i prøveholderen IR og køre spektret 16.
  2. gelering Studies
    1. Fyld 2 ml mikrocentrifugerør med 900 pi PBS og tempereres til 37 ° C.
    2. Tilsættes 100 pi af den fremstillede polymeropløsning til dannelse af hydrogelen og inkuberes ved 37 ° C.
    3. Vend røret og observere, hvis gelen strømmer med 1, 2, 5, 10 og 20 min. Registrere den tid, hvor gelen ikke strømmer som geleringstiden.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

PAA alkyn derivat syntetiseres effektivt fra polyacrylsyre og propargylamin, som vist i figur 1, hvor n etiketter monomererne, hvis carboxylgrupper reagerer med aminen. Identiteten af produktet bekræftes ved1H-NMR-spektroskopi. Figur 5 viser 1H-NMR-spektret af PAA modificeret med tredobbelt binding.

Figur 5
Figur 5: 1H-NMR-spektret af PAA modificerede alkyn Signalet relateret til alkyndel er fremhævet.. Klik her for at se en større version af dette tal.

kan observeres signalerne af polymerkæden i intervallet 2,75-1,50 ppm; hvorimod et højdepunkt på 2,8 0 ppm, repræsentant for alkyn s H, og en top ved 4,20 ppm, relateret til 2 H i -CH2, karakterisere propargyl-delen. Dette bekræfter, at PAA er blevet korrekt ændret. Evalueringen af graden af alkyn funktionalisering er blevet udført ved at integrere arealet under PAA toppe (sat til 3,00, i forhold til antallet af hydrogenatomer pr monomer) og propargyl-del, som illustreret i figur 5. Graden af funktionalisering f er beregnes som:

ligning

ligning repræsenterer integralet område af propargyl-rest, summen af ​​alkyn s H område (mærket som ligning ) Og -CH2 område (angivet som ligning ), Hvorimodion "src =" / files / ftp_upload / 54.445 / 54445eq5.jpg "/> refererer til den integrerede areal af polymer-signaler. Graden af ​​funktionalisering er beregnet til 10%, og det er overveje tilfredsstillende i henhold til den hydrogel syntese, hvor PAA skal reagere gennem sine resterende carboxylgrupper til dannelse af 3D-netværk. Et kvantitativt udbytte opnås for den modificerede polymer 16.

På lignende måde, Figur 6 viser 1H-NMR-spektret af produktet efter CuAAC Click-reaktion mellem alkyn modificerede PAA og RGD-azid. Toppen af den dannede triazol på 8.15 ppm bekræfter, at reaktionen foregår i et kvantitativt udbytte og RGD er stærkt knyttet til i PAA kæder. Figur 6 illustrerer alle de karakteristiske signaler af PAA-kæden og RGD.

Figur 6
Figur 6:1H-NMR-spektret af RGD knyttet til PAA. Signalet på triazol er indiceret (mærket som "A"). RGD polymer funktionalisering via CuAAC klik reaktion udføres. Klik her for at se en større version af dette tal.

RGD-funktionaliserede hydrogeler fremstilles ved kemisk krydsbinding af de fire polymerer (PAA, carbomer, agarose og PEG) ved mikrobølgeassisteret fri radikal-polymerisation. Opvarmning til 80 ° C fører til en højere makromer mobilitet, og således forbedrer de kortrækkende forbindelser blandt carboxyl- og hydroxylgrupperne i polymererne. Esterificeringsreaktionen finder sted mellem disse funktionelle grupper og producerer lokale net kaldet "mikrogeler".

Da polykondensation udbytte, systemets viskositet stiger kontinuerligt, while sandsynligheden for interaktion mellem makromer reaktive steder falder. Ikke desto mindre er de tættere funktionelle grupper stadig interagere effektivt på grund af en langsommere mobilitet. Den resulterende fysisk-kemiske tilstand er karakteriseret ved en "svejsning" mellem mikrogel overflader, der producerer den endelige 3D makrostrukturen af ​​hydrogelen. Esterificeringen, hydrogenbinding og carboxylering bringe polymerkæderne statistisk tættere, således at der skabes en stabil heterogen struktur. Det resulterende system udviser sol / gel-adfærd og det overgange til en gel tilstand inden for 5 min. Dette tidsinterval er rapporteret som geleringstiden.

Den kemiske natur af RGD-funktionaliserede hydrogeler er undersøgt ved anvendelse af FT-IR-analyse. Figur 7 viser sammenligningen mellem FT-IR-spektre af RGD-azidforbindelse (grøn linje), hydrogelen syntetiseret uden RGD funktionalisering (sort linie), og hydrogelen med peptid modifikation (blå linie). Hydrogelen spectra er begge kendetegnet ved et bredt signal i de 3,600-3,200 cm -1 rækkevidde, repræsentant for stræksvingningsområde af tilbageværende OH obligationer og ved en top omkring 2940 cm-1 af CH stræk. Valideringen at esterificering forekommer blandt carboxyl- og hydroxyl polymergrupper er givet ved toppene omkring 1.600 cm-1 og 1400 cm-1, svarende til henholdsvis den symmetriske og asymmetriske strækning af CO 2-del. Disse toppe er mere synlige i spektret af det ikke-funktionaliseret hydrogel, mens den i RGD-hydrogel spektrum er de delvist dækket af signalerne angivet som amid bands I og II.

Figur 7
Figur 7:. Sammenligning af FT-IR-spektre FT-IR-spektre af RGD (grøn linje), hydrogel uden RGD funktionalisering (sort linje) og RGD funktionaliserede hydrogel (blå linje). Detsignal relateret til amid RGD er angivet. Klik her for at se en større version af dette tal.

Strækningen af C = O, mærket som amid band I ( "Amid I" i figur 7), præsenterer en top ved 1.650 cm-1 i tripeptidet spektrum og det er forskudt til ca. 1.670 cm-1 i RGD-hydrogel prøve . Den bøjning af NH, relateret til amid bånd II ( "amid II" i figur 7), kan optages med signalet omkring 1.550 cm-1 i RGD spektrum og det er også genkendelig i hydrogel prøven, på omkring 1600 cm - 1. Fordi der ikke er amidbestanddelene i standard hydrogel formulering, tilstedeværelse af toppene af en amidiske karakter antyder, at PAA virkelig er funktionaliseret med RGD og det er i stand til at danne en hydrogel med peptid sites inden det polymere netværk.

Hydrogelen FT-IR-spektrum viser også toppe i forbindelse med stræksvingningsområde af COC af glycosidbindingen (900-1.000 cm-1 range) mellem monosaccharidenhederne af agarose og estergrupperne.

For at opnå indsigt i 3D struktur og fysiske og mekaniske egenskaber af disse hydrogeler, SEM-analyse, gelering, hævelse kinetik og reologiske undersøgelser udføres, som diskuteret i tidligere værker 13,20. SEM resultater (figur 8) viser, at hydrogeler er kendetegnet ved en kompleks mikroskopiske struktur med nogle større porer indeholder små porer og nogle fibrillære netværk på porevæggene. Desuden er de fleste af porerne er indbyrdes forbundet. Sammenfiltrede struktur ligner 3D netværk af hydrogeler fremstillet på samme måde, men uden RGD funktionalisering. Dette viser, at RGD ikke ændrer polymere netværk. Brug af den inverterede reagensglas test, hydrogelen srigelig størkner inden 5 min, som observeret i hydrogel prøve uden RGD funktionalisering 21. Denne korte gelering tid understreger dens egnethed til biomedicinske anvendelser.

Figur 8
Figur 8:.. SEM analyse SEM billeder viser morfologi af en RGD-funktionaliserede hydrogel prøve (A) og en hydrogel uden funktionalisering (B) Klik her for at se en større version af dette tal.

Hævelse ligevægt ratio viser evnen til at absorbere og fastholde en stor mængde vand, og det er en af de førende træk ved hydrogel systemer 20,22. De analyserede prøver udviser hurtig hævelse kinetik og de når hævelse ligevægt inden for den første time. deres svulmeing ligevægtsværdien Q er rapporteret i vores tidligere arbejde 16 og det svarer til værdien opnået ved analyse af hydrogeler uden RGD, der bekræfter, at tripeptidet er integreret med det polymere netværk og ikke skaber en høj hindring for geleringsprocessen.

Med de rheologiske undersøgelser gelen lagringsmodul (G') fundet at være ca. en størrelsesorden højere end tabsmodulet (G''), hvilket indikerer en elastisk snarere end viskose materiale 23 og begge er i det væsentlige uafhængig af frekvensen. Tilsvarende værdier af G'og G'' registreres med gelen prøve uden et peptid modifikation 16. Dette viser, at tilstedeværelsen af ​​RGD inden det polymere netværk ikke påvirker de rheologiske egenskaber af det materiale, opretholdelse af de ejendommelige træk konkurrerer om at injicerbart system til biomedicinsk anvendelse.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

Forfattere vil gerne takke professor Maurizio Masi for frugtbar diskussion og Miss Chiara Allegretti for sprog redigering. Forfatternes forskning er støttet af Bando Giovani Ricercatori 2010 (Ministero della Salute GR-2010- 2.312.573).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Poly(acrylic acid) solution average Mw ~100,000, 35 wt% in H2O Sigma Aldrich 523925 CAS 9003-01-4
Poly(ethylene glycol) 2,000 Sigma Aldrich 84797 CAS 25322-68-3
Carbomeer 974P Fagron 1387083
Agarose  Invitrogen Corp. 16500-500 UltraPure Agarose
RGD peptide abcam ab142698
4-azidobutanoic acid Aurum Pharmatech Z-2421  CAS 54447-68-6
Oxalyl chloride Sigma Aldrich O8801 CAS 79-37-8
Propargylamine hydrochloride 95% Sigma Aldrich P50919 CAS 15430-52-1
Copper(I) iodide Sigma Aldrich 3140 CAS 7681-65-4
Sodium ascorbate Sigma Aldrich Y0000039 CAS 134-03-2
Phosphate buffered saline Sigma Aldrich P4417
Dialysis Membrane Spectrum Laboratories, Inc. 132725 Spectra/Por 3 Dialysis Membrane  Standard RC Tubing
MWCO: 3.5 kD

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Slaughter, B. V., Khurshid, S. S., Fisher, O. Z., Khademhosseini, A., Peppas, N. A. Hydrogels in Regenerative Medicine. Adv. Mater. 21 (32-33), 3307-3329 (2009).
  2. Rossi, F., Perale, G., Papa, S., Forloni, G., Veglianese, P. Current options for drug delivery to the spinal cord. Expert Opin. Drug Deliv. 10 (3), 385-396 (2013).
  3. Huebsch, N., et al. Harnessing traction-mediated manipulation of the cell/matrix interface to control stem-cell fate. Nat. Mater. 9 (6), 518-526 (2010).
  4. Mothe, A. J., Tam, R. Y., Zahir, T., Tator, C. H., Shoichet, M. S. Repair of the injured spinal cord by transplantation of neural stem cells in a hyaluronan-based hydrogel. Biomaterials. 34 (15), 3775-3783 (2013).
  5. Khetan, S., et al. Degradation-mediated cellular traction directs stem cell fate in covalently crosslinked three-dimensional hydrogels. Nat. Mater. 12 (5), 458-465 (2013).
  6. Ashley, G. W., Henise, J., Reid, R., Santi, D. V. Hydrogel drug delivery system with predictable and tunable drug release and degradation rates. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 110 (6), 2318-2323 (2013).
  7. Rossi, F., van Griensven, M. Polymer Functionalization as a Powerful Tool to Improve Scaffold Performances. Tissue Eng. Part A. 20 (15-16), 2043-2051 (2014).
  8. Gould, S. T., Darling, N. J., Anseth, K. S. Small peptide functionalized thiol-ene hydrogels as culture substrates for understanding valvular interstitial cell activation and de novo tissue deposition. Acta Biomater. 8 (9), 3201-3209 (2012).
  9. Azagarsamy, M. A., Anseth, K. S. Wavelength-Controlled Photocleavage for the Orthogonal and Sequential Release of Multiple Proteins. Angew. Chem. Int. Edit. 52 (51), 13803-13807 (2013).
  10. Larrañeta, E., et al. Microwave-Assisted Preparation of Hydrogel-Forming Microneedle Arrays for Transdermal Drug Delivery Applications. Macromol. Mater. Eng. 300 (6), 586-595 (2015).
  11. Cook, J. P., Goodall, G. W., Khutoryanskaya, O. V., Khutoryanskiy, V. V. Microwave-Assisted Hydrogel Synthesis: A New Method for Crosslinking Polymers in Aqueous Solutions. Macromol. Rapid Comm. 33 (4), 332-336 (2012).
  12. Perale, G., et al. Multiple drug delivery hydrogel system for spinal cord injury repair strategies. J. Control. Release. 159 (2), 271-280 (2012).
  13. Rossi, F., Perale, G., Storti, G., Masi, M. A Library of Tunable Agarose Carbomer-Based Hydrogels for Tissue Engineering Applications: The Role of Cross-Linkers. J. Appl. Polym. Sci. 123 (4), 2211-2221 (2012).
  14. Frith, J. E., et al. An injectable hydrogel incorporating mesenchymal precursor cells and pentosan polysulphate for intervertebral disc regeneration. Biomaterials. 34 (37), 9430-9440 (2013).
  15. Kolb, H. C., Finn, M. G., Sharpless, K. B. Click chemistry: Diverse chemical function from a few good reactions. Angew. Chem. Int. Edit. 40 (11), (2001).
  16. Sacchetti, A., Mauri, E., Sani, M., Masi, M., Rossi, F. Microwave-assisted synthesis and click chemistry as simple and efficient strategy for RGD functionalized hydrogels. Tetrahedron Lett. 55 (50), 6817-6820 (2014).
  17. Ossipov, D. A., Hilborn, J. Poly(vinyl alcohol)-based hydrogels formed by "click chemistry". Macromolecules. 39 (5), 1709-1718 (2006).
  18. Truong, V., Blakey, I., Whittaker, A. K. Hydrophilic and Amphiphilic Polyethylene Glycol-Based Hydrogels with Tunable Degradability Prepared by "Click" Chemistry. Biomacromolecules. 13 (12), 4012-4021 (2012).
  19. Hou, R. Z., et al. New synthetic route for RGD tripeptide. Prep. Biochem. Biotechnol. 36 (3), 243-252 (2006).
  20. Rossi, F., Chatzistavrou, X., Perale, G., Boccaccini, A. R. Synthesis and Degradation of Agar-Carbomer Based Hydrogels for Tissue Engineering Applications. J. Appl. Polym. Sci. 123 (1), 398-408 (2012).
  21. Mauri, E., Rossi, F., Sacchetti, A. Tunable drug delivery using chemoselective functionalization of hydrogels. Mater. Sci. Eng. C. 61, 851-857 (2016).
  22. Joaquin, A., Peppas, N. A., Zoldan, J. Hydrogel Polymer Library for Developing Induced Pluripotent Stem Cell Derived Cardiac Patches. Tissue Eng. Part A. 20, S55-S55 (2014).
  23. Rossi, F., et al. Tunable hydrogel-Nanoparticles release system for sustained combination therapies in the spinal cord. Colloids Surf. B Biointerfaces. 108, 169-177 (2013).
  24. Kolb, H. C., Sharpless, K. B. The growing impact of click chemistry on drug discovery. Drug Discov. Today. 8 (24), 1128-1137 (2003).
  25. Ossipov, D. A., Yang, X., Varghese, O., Kootala, S., Hilborn, J. Modular approach to functional hyaluronic acid hydrogels using orthogonal chemical reactions. Chem. Commun. 46 (44), 8368-8370 (2010).
  26. Anderson, S. B., Lin, C. C., Kuntzler, D. V., Anseth, K. S. The performance of human mesenchymal stem cells encapsulated in cell-degradable polymer-peptide hydrogels. Biomaterials. 32 (14), 3564-3574 (2011).
  27. Caron, I., et al. A new three dimensional biomimetic hydrogel to deliver factors secreted by human mesenchymal stem cells in spinal cord injury. Biomaterials. 75, 135-147 (2016).
  28. Lee, J. W., Kim, H., Lee, K. Y. Effect of spacer arm length between adhesion ligand and alginate hydrogel on stem cell differentiation. Carbohyd. Polym. 139, 82-89 (2016).
  29. Liu, Y., Fan, Z., Wang, Y., Yu, L. Controlled Release of Low Molecular Protein Insulin-like Growth Factor-1 through Self-Assembling Peptide Hydrogel with Biotin Sandwich Approach. J.Biomed. Eng. 32 (2), 387-392 (2015).

Tags

Bioengineering Hydrogel polyacrylsyre RGD klik kemi mikroovn-assisteret syntese funktionalisering tissue engineering
Syntesen af ​​RGD-funktionaliserede Hydrogeler som værktøj for terapeutiske applikationer
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Mauri, E., Sacchetti, A., Rossi, F.… More

Mauri, E., Sacchetti, A., Rossi, F. The Synthesis of RGD-functionalized Hydrogels as a Tool for Therapeutic Applications. J. Vis. Exp. (116), e54445, doi:10.3791/54445 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter