تهيه هيدروژل درجا تشكيل شونده آنزيمي از كتيراي اصلاح شده شيميايي براي مهندسي بافت غضروف

Preparation of an enzyme catalyzed in situ forming hydrogel based on chemically modified tragacanth for cartilage tissue engineering

در مطالعه حاضر، يك سامانه درجا تشكيل شونده آنزيمي از كتيراي اصلاح شده شيميايي تهيه و براي استفاده در مهندسي بافت غضروف ارزيابي شده است. براي اين كار ابتدا گروه‌هاي تيراميني با روش آمينوليزيز در محيط غير همگن به گروه‌هاي متيل استري كتيرا پيوند زده شد. سپس براي تهيه هيدروژل، آنزيم هرس راديش پراكسيداز و هيدروژن پراكسيد با محلول پليمري، با استفاده از سرنگ‌دوتايي مجهز به مخلوط كن، مخلوط شدند. در ادامه، ضمن بررسي برخي خواص فيزيكوشيميايي هيدروژل، آزمون‌هاي برون‌تني توانايي زنده ماندن و تمايز سلول‌هاي بنيادي مزانشيمي انساني كپسول شده در داربست به سلول‌هاي غضروف‌ساز انجام شد. با مخلوط شدن عوامل تشكيل ژل، ايجاد گروه‌هاي راديكالي هيدروكسي فنولي در اثر واكنش آنزيمي، موجب ايجاد پيوند كوالانسي بين گروه‌هاي تيراميني و تشكيل هيدروژل گرديد. زمان ژل شدن هيدروژل‌ها، قابل تنظيم در بازه كمتر از 2 دقيقه بود. بيش از 95% سلول‌هاي مزانشيمي انساني در حين فرآيند كپسوله شدن زنده ماندند و در مدت زمان 21 روز گرماگذاري، بيش از 75% از سلول‌ها توانايي زنده ماندن خود را حفظ كردند. هم‌چنين نتيجه آزمون‌هاي بيان ژن، هيستولوژي و ترشح گلوكز آمينوگليكان، نشان داد تمايز سلول‌هاي مزانشيمي كپسول شده در هيدروژل به سلول‌هاي غضروف‌ساز در مجاورت محيط تحريك كننده تمايز، در طول دوره تمايز برون‌تني، رخ داده است.

In the present study, an enzyme catalyzed in situ forming hydrogel based on chemically modified tragacanth was prepared and then evaluated for use in cartilage tissue engineering. For this purpose, firstly tyramine was conjugated on the galacturonic acid methyl ester units of gum tragacanth (GT) via ammonolysis of methyl ester groups in heterogeneous media. Then, the hydrogel was prepared by mixing of functionalized polymer, horseradish peroxidase (HRP) and hydrogen peroxide using a double syringe equipped with a mixing chamber. Then, cell viability of the encapsulated human mesenchymal stem cells (hMSCs) and in vitro chondrocyte differentiation of them, incubated in the presence of differentiation medium, were investigated. After mixing of the gel promoters, hydrogel formation was obtained due to enzyme catalyzed oxidative coupling reaction between phenolic groups of tyramine functional groups. The tunable gelation time of hydrogels was less than 2 minute. Viability of the encapsulated cells was more than 95% and 75% after 2 h and 21 days of incubation. The expression of chondrocytic genes and sulphated glycosaminoglycan indicated that the encapsulated hMSCs differentiated to chondrocyte cells during in vitro differentiation time.