Preview

Вестник трансплантологии и искусственных органов

Расширенный поиск

Сшиваемые in situ гидрогели для создания клеточного микроокружения

https://doi.org/10.15825/1995-1191-2017-3-53-64

Полный текст:

Аннотация

Формируемые (сшиваемые) in situ гидрогели широко применяются в качестве терапевтических имплантатов и систем доставки для различных биомедицинских технологий, включая тканевую инженерию, регенеративную медицину и фармакологию, благодаря биосовместимости гидрогелей и простоте инкорпорирования в них лекарственных веществ, клеток или сигнальных молекул в процессе образования сетчатой структуры. В последнее время гидрогелевые материалы часто используются в качестве искусственного внеклеточного матрикса из-за их структурного сходства с нативным внеклеточным матриксом человека, а также из-за возможности регулировать их многообразные свойства. В качестве клеточной микросреды (матриксов, носителей) на основе различных технологий сшивки был разработан ряд синтетических, природных и полусинтетических гидрогелей. В данном обзоре обсуждаются вопросы создания формируемых in situ гидрогелей с регулируемыми физическими, химическими и биологическими свойствами. Будет сделан также анализ новых методов применения инновационных гидрогелевых материалов для создания клеточной микросреды как матриксов для биомедицинских тканевых продуктов, так и систем доставки клеток и лекарственных веществ.

Об авторах

Кун Мин Парк
Национальный университет Инчеона
Южная Корея

Отделение биоинженерии, Колледж наук о жизни и биоинженерии

Инчеон, 22012, Республика Корея



Ки Донг Парк
Университет Ажон
Южная Корея

Факультет молекулярной науки и технологии

Сувон 443-749, Республика Корея



В. И. Севастьянов
ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава России
Россия


Е. А. Немец
ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава России
Россия


В. Н. Василец
ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава России
Россия


Список литературы

1. Kopecek J. Hydrogel biomaterials: a smart future? Biomaterials. 2007; 28: 5185–5192.

2. Peppas NA, Hilt JZ, Khademhosseini A, Langer R. Hydrogels in biology and medicine: From molecular principles to bionanotechnology. Advanced materials. 2006; 18: 1345– 1360.

3. Surguchenko VA, Ponomareva AS, Kirsanova LA, Skaleckij NN, Sevastianov VI. The cell- engineered construct of cartilage on the basis of biopolymer hydrogel matrix and human adipose tissue-derived mesenchymal stromal cells (in vitro study). J. Biomed. Mater. Res. Part A. 2015; 103A (2): 463–470.

4. Sevastianov VI, Dukhina GA, Ponomareva AS, Kirsanova LA, Perova NV, Skaletskiy NN. A Biomedical Cell Product for the Regeneration of Articular Cartilage: Biocompatible and Histomorphological Properties (an Experimental Model of Subcutaneous Implantation). Inorganic Materials: Applied Research. 2015; 6 (2): 162–170.

5. Sivashanmugam A, Kumar RA, Priya MV, Nair SV, Jayakumar R. An overview of injectable polymeric hydrogels for tissue engineerin. European Polymer Journal. 2015; 72: 543–565.

6. Alexander AA, Khan J, Saraf S, Saraf S. Thermosensitive polymers for controlled delivery of hormones. J. Control Release. 2013; 172: 715–729.

7. Bae KH, Wang L-S, Kurisawa M. Injectable biodegradable hydrogels: progress and challenges. J. Mater. Chem. B. 2013; 1: 5371–5388.

8. Yang J-A, Yeom J, Hwang BW, Hoffman AS, Hahn SK. N‑succinyl chitosan preparation, characterization, properties and biomedical applications: a state of the art review. Prog Polym Sci. 2014; 39: 1973–1986.

9. Atala A, Cima LG, Kim W, Paige KT, Vacanti JP, Retik AB, Vacanti CA. Injectable alginate seeded with chondrocytes as a potential treatment for vesicoureteral reux. J. Urol. 1993; 150: 745–747.

10. Zhao L, Weir MD, Xu HH. An injectable calcium phosphate-alginate hydrogel- umbilical cord mesenchymal stem cell paste for bone tissue engineering. Biomaterials. 2010; 31: 6502–6510.

11. Nair LS, Laurencin CT. Biodegradable polymers as biomaterials. Prog. Polym. Sci. 2007; 32: 762–798.

12. Sun J-Y, Zhao X, Illeperuma WR, Chaudhuri O, Oh KH, Mooney DJ, Vlassak JJ, Suo Z. Highly stretchable and tough hydrogels. Nature. 2012; 489: 133–136.

13. Tseng TC, Tao L, Hsieh FY, Wei Y, Chiu IM, Hsu SH. An Injectable, Self-Healing Hydrogel to Repair the Central Nervous System. Advanced materials. 2015; 27: 3518– 3524.

14. Hunt NC, Hallam D, Karimi A, Mellough CB, Chen J, Steel DH, Lako M. 3D culture of human pluripotent stem cells in RGD-alginate hydrogel improves retinal tissue development. Acta biomaterialia. 2017; 49: 329–343.

15. Davis ME, Brewster ME. Cyclodextrin-based pharmaceutics: past, present and futur. Nat. Rev. Drug Discovery. 2004; 3: 1023–1035.

16. Li J. Self-assembled supramolecular hydrogels based on polymer – cyclodextrin inclusion complexes for drug delivery. NPG Asia Materials. 2010; 2: 112–118.

17. Kretschmann O, Choi SW, Miyauchi M, Tomatsu I, Harada A, RitterH. Switchable Hydrogels Obtained by Supramolecular Cross-Linking of Adamantyl-Containing LCST Copolymers with Cyclodextrin Dimers. Angewandte Chemie International Edition. 2006; 45: 4361– 4365.

18. Manakker F, Pot M, Vermonden T, Nostrum CF, Hennink WE. Self-assembling hydrogels based on β-cyclodextrin/cholesterol inclusion complexes. Macromolecules. 2008; 41 (5): 1766–1773.

19. Rodell CB, Kaminski AL, Burdick JA. Sequential crosslinking to control cellular spreading in 3-dimensional hydrogels. Biomacromolecules. 2013; 14 (11): 4125–4134.

20. Elisseeff J, Anseth K, Sims D, McIntosh W, Randolph M, Langer R. Transdermal photopolymerization of poly(ethylene oxide)-based injectable hydrogels for tissue- engineered cartilage. Proceedings of the National Academy of Sciences. 1999; 96: 3104–3107.

21. Kramer N, Lohbauer U, García-Godoy F, Frankenberger R. Light curing of resin-based composites in the LED era. Am. J. Dent. 21 (3): 135–142.

22. Ifkovits JL, Burdick JA. Engineered microenvironments for controlled stem cell differentiation. Tissue engineering. 2007; 13 (10): 2369–2385.

23. Nichol JW, Koshy ST, Bae H, Hwang CM, Yamanlar S, Khademhosseini A. Cell-laden microengineered gelatin methacrylate hydrogels. Biomaterials. 2010; 31 (21): 5536– 5544.

24. Binder WH, Sachsenhofer R. Click’ chemistry in polymer and materials science. Macromol Rapid Comm. 2007: 28: 15–54.

25. Moses JE, Moorhouse AD. The growing applications of click chemistry. Chem. Soc. Rev. 2007; 36: 1249–1262.

26. Horne WS, Yadav MK, Stout CD, Ghadiri MR. Heterocyclic Peptide Backbone Modifications in an α-Helical Coiled Coil. J. Am. Chem. Soc. 2004; 126 (47): 15366– 15367.

27. Angelo NG, Arora PS. Nonpeptidic Foldamers from Amino Acids: Synthesis and Characterization of 1,3-Substituted Triazole Oligomers. J. Am. Chem. Soc. 2005; 127 (49): 17134–17135.

28. Alge DL, Azagarsamy MA, Donohue DF, Anseth KS. Synthetically tractable click hydrogels for three-dimensional cell culture formed using tetrazine-norbornene chemistry. Biomacromolecules. 2013; 14: 949–953.

29. Hu J, Zhang G, Liu S. Highly selective fluorogenic multianalyte biosensors constructed via enzyme-catalyzed coupling and aggregation-induced emission. Chem. Soc. Rev. 2012; 41 (18): 5933–5949.

30. Jin R, Hiemstra C, Zhong Z, Feijen J. Enzyme-mediated fast in situ formation of hydrogels from dextran-tyramine conjugates. Biomaterials. 2007; 28: 2791–2800.

31. Park KM, Shin YM, Joun YK, Shin H, Park KD. In situ forming hydrogels based on tyramine conjugated 4-Arm- PPO-PEO via enzymatic oxidative reaction. Biomacromolecules. 2010; 11: 706–712.

32. Kurisawa M, Chung JE, Yang YY, Gao SJ, Uyama H. Chem Commun. Injectable biodegradable hydrogels composed of hyaluronic acid – tyramine conjugates for drug delivery and tissue engineering. Chem. Commun. 2005; 34: 4312–4314.

33. Park KM, Ko KS, Joung YK, Shin H, Park KD. In situ cross-linkable gelatin- poly(ethylene glycol)-tyramine hydrogel via enzyme-mediated reaction for tissue regenerative medicine. J. Mater. Chem. 2011; 21: 13180– 13187.

34. Park KM, Gerecht S. Hypoxia-inducible hydrogels. Nature communications. 2014; 5: 4075.

35. Park S, Park KM. Engineered Polymeric Hydrogels for 3D Tissue Models. Polymers. 2016; 8 (1): 23.

36. Park KM, Gerecht S. Polymeric hydrogels as artificial extracellular microenvironments for cancer research. Eur. Polym. J. 2015; 72: 507–513.

37. Quail DF, Joyce JA. Microenvironmental regulation of tumor progression and metastasis. Nature medicine. 2013; 19: 1423–1437.

38. Junttila MR, de Sauvage FJ. Influence of tumour microenvironment heterogeneity on therapeutic response. Nature. 2013; 501 (7467): 346–354.

39. Rizki A, Weaver VM, Lee SY, Rozenberg GI, Chin K, Myers CA et al. A human breast cell model of preinvasive to invasive transition. Cancer Res. 2008 Mar 1; 68 (5): 1378– 1387. Cancer research. 2008; 68: 1378–1387.

40. Bertout JA, Patel SA, Simon MC. The impact of O2 availability on human cancer. Nat. Rev. Cancer. 2008; 8: 967–975.


Для цитирования:


Парк К.М., Парк К.Д., Севастьянов В.И., Немец Е.А., Василец В.Н. Сшиваемые in situ гидрогели для создания клеточного микроокружения. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2017;19(3):53-64. https://doi.org/10.15825/1995-1191-2017-3-53-64

For citation:


Park K.M., Park K.D., Sevastianov V.I., Nemetz E.A., Vasilets V.N. In situ crosslinkable hydrogels for engineered cellular microenvironments. Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs. 2017;19(3):53-64. (In Russ.) https://doi.org/10.15825/1995-1191-2017-3-53-64

Просмотров: 270


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1995-1191 (Print)
ISSN 2412-6160 (Online)