Nanocomposite hydrogel with mesopouros silica nanoparticles

Abstract

Introdução: Embora os hidrogéis possam ser aplicados na imitação do ambiente da matriz extracellular, geralmente fornecem fracas propriedades mecânicas, o que pode ser limitante na sua aplicação biomédica. Nanopartículas de sílica Mesoporosas (MSN) têm capturado a atenção em diversos campos de engenharia de tecidos devido a suas características. Aqui, investigamos a utilização de MSNs como agente reticulador entre as cadeias PEG, de modo a criar um hidrogel com propriedades mecânicas desejáveis para uso em aplicações biomédicas e regeneração de tecidos.Material e Métodos: MSNs funcionalizados no núcleo e na superfície foram sintetizados usando o método sol-gel. Polímero PEG-SH de multiplos braços foi usado para criar um hidrogel, no qual respetiva caracterização foi realizada. O efeito do MSN funcionalizado no hidrogel foi realizado por testes de reologia de modo a analisar as suas propriedades mecânicas. Devido às ligações ditiol entre MSNs e PEG, teste de degradação foi realizado pela glutationa redutase (GSH). Além disso, a cinética de difusão e fornecimento de fármaco foi realizado para testar a permeabilidade e taxa de distribuição.Resultados: Nanocomposito Hidrogel mais forte, injetável e self-healed, foi obtido usando MSNs com grupos funcionais como reticuladores entre as cadeias de PEG. Através de testes de reologia e difusão, é possivel admitir que há efeito na rede do hidrogel. Na taxa de entrega do fármaco, o hidrogel encapsula mais o medicamento, liberando-o com algum atraso em comparação ao hidrogel sem MSNs. Além disso, este hidrogel mostrou capacidade de self-healing e degradabilidade, embora no último, mais testes sejam necessários para uma melhor compreensão.Conclusão: Demonstramos a modulação na superfície de nanopartículas de sílica mesoporous e seu trabalho como corsslinkers entre cadeias de PEG e suas alterações em comparação com o hidrogel de PEG. O MSN funcionalizado como reticuladores na rede, mostrou propriedades mecânicas aprimoradas, sendo útil em diferentes aplicações na engenharia de tecidos.

Introduction: Although hydrogels can be applied in mimicking the native extracellular matrix environment, they generally suffer from weak mechanical properties, which can limit their biomedical application. Mesoporous Silica Nanoparticles (MSN) have been introduced in hydrogels to improve their mechanical properties. Here we investigated MSN as crosslinker agent between PEG chains, to create a hydrogel with desirable mechanical properties to be used in tissue regeneration applications.Material & Methods: Core and surface functionalized MSNs were synthesized using a sol- gel method. Multi-armed PEG-SH polymer was used to create a hydrogel. The effect of functionalized MSN in the hydrogel was characterized by Rheology to analyze their mechanical properties. Degradation test was carried out by glutathione reductase (GSH). Furthermore, drug release and drug diffusion kinetics were performed to test permeability and release.Results: Injectable, mechanically strong nanocomposite hydrogel were obtained by using functionalized MSNs as crosslinkers between PEG chains. Effect on the network was found, and possible to see based on the rheology and diffusion assays. On drug delivery rate, the hydrogel encapsulated more drugs, releasing it with some delay compared to hydrogel without MSNs. In addition, this hydrogel showed self-healing capacity and degradability.Conclusion We demonstrated the modulation on the surface of mesoporous silica nanoparticles and their work as crosslinkers between PEG chains and their changes comparing with PEG hydrogel. Functionalized MSN as crosslinkers in the network, showed improved mechanical properties, while being degradable and self-healing.