Получение многофункциональных гидрогелей с доступными изотиурониевыми группами методом радикального скрещивания

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 10361 (2023) Цитировать эту статью

771 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Гидрогели могут быть оснащены функциональными группами для конкретных целей. Группы изотиурония могут повышать адсорбционную способность или обеспечивать связывание других функциональных групп посредством мягких реакций после преобразования в тиоловые группы. Здесь мы представляем метод приготовления многофункциональных гидрогелей путем введения изотиурониевых групп в гидрогели поли(этиленгликоль)диакрилата (ПЭГДА) и преобразования их в тиол-функционализированные гидрогели путем восстановления изотиурониевых групп. С этой целью был синтезирован и сополимеризован с ПЭГДА амфифильный мономер 2-(11-(акрилоилокси)-ундецил)изотиуроний бромид (АУИТБ), содержащий изотиурониевую группу. Таким удобным способом удалось ввести в гидрогели до 3 мас.% АУИТБ без изменения степени их равновесного набухания. Успешная функционализация была продемонстрирована анализом поверхности гидрогелей с измерением угла смачивания водой и увеличением изоэлектрических точек поверхностей гидрогелей с 4,5 до 9,0 из-за присутствия изотиурониевых групп. Гидрогели показали пригодность в качестве адсорбента, о чем свидетельствует выраженная адсорбция анионного препарата диклофенака. Потенциал функционализации для реакций (био)конъюгации был продемонстрирован путем восстановления изотиурониевых групп до тиолов и последующей иммобилизации функционального фермента пероксидазы хрена на гидрогелях. Результаты показывают, что полностью доступные изотиурониевые группы могут быть введены в радикально сшитые гидрогели.

Гидрогели широко исследуются в области тканевой инженерии1,2,3, доставки лекарств4,5,6 или для (био)сенсоров7,8,9. Они состоят из нерастворимой полимерной сетки, набухающей в водной среде10. Функциональность гидрогеля, как и его поведение при набухании, обычно является результатом взаимодействия полимерной сетки и среды для набухания11,12,13. Однако элегантный способ адаптировать свойства гидрогеля — изменить состав полимерной сетки или плотность и архитектуру поперечных связей.

Один из известных классов гидрогелей основан на поли(этиленгликоле) (ПЭГ), который часто получают фотоотверждением ПЭГ-диакрилата (ПЭГДА)5,14,15,16. Полученные гидрогели биоинертны и ингибируют адсорбцию белков17,18, а также адгезию клеток19,20. Исходя из требований к свойствам гидрогеля, на формирование полимерной сетки может влиять молярная масса или концентрация PEGDA в растворах предшественников гидрогеля, т.е. до сшивки21,22,23. Кроме того, функционализация гидрогелей на основе ПЭГ может быть достигнута путем добавления других молекул или мономеров к растворам предшественников гидрогелей. Раньше это успешно делалось, например, путем включения мономеров, образующих полиэлектролитный гидрогель15,16,24. Положительно заряженный мономер 2-(метакрилоилокси)этилтриметиламмонийхлорид (МАЭТАК) был включен в гидрогели PEGDA путем сополимеризации15. В аналогичном исследовании отрицательно заряженный мономер металлилсульфонат натрия (SMAS) использовался для функционализации гидрогелей PEGDA16. В обоих исследованиях на функционализированных гидрогелях наблюдалась повышенная адсорбция белка, клеточная адгезия и пролиферация по сравнению с нефункционализированными гидрогелями. Помимо улучшения совместимости клеток, такие полиэлектролитные гидрогели имеют и другие преимущества и возможные применения. Полиэлектролитные материалы могут быть использованы для адсорбции молекул противоположного заряда посредством электростатического взаимодействия или ионного обмена и могут применяться, например, при очистке воды25. Выбор мономера и его функциональной группы имеет решающее значение для возможной области применения гидрогеля.

Одним особенно интересным ионным фрагментом, которым, насколько нам известно, до сих пор не уделялось должного внимания при приготовлении макроскопических гидрогелей, является изотиурониевая группа. Ранее сообщалось о замечательных свойствах солей изотиурония с низкой молярной массой или изотиуронийсодержащих наночастиц, таких как противоопухолевая активность26 или антибактериальное действие27. Частицы с изотиурониевыми функциональными группами коммерчески доступны в качестве адсорберов ионов тяжелых металлов28,29,30,31. Изотиурониевая группа стабильна в кислых и нейтральных водных средах и при контакте с воздухом и поэтому может быть подходящей для добавления непосредственно в растворы предшественников гидрогелей.