نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، گروه بیومواد، آزمایشگاه مهندسی بافت، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه بیومواد، آزمایشگاه مهندسی بافت، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

3 استادیار، گروه بیومواد، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

4 استاد، مرکز تحقیقات علوم داروئی رازی و گروه فارماکولوژی، مرکز تحقیقات سلولی ملکولی، دانشگاه علوم پزشکی تهران

10.22041/ijbme.2010.13349

چکیده

امروزه «سلول درمانی» بر پایه انکپسولاسیون سلول ها، نویدی امیدبخش برای درمان بسیاری از بیماری ها به شمار می رود. فناوری انکپسولاسیون سلولی روشی است که در آن سلول های ترشح کننده عوامل درمانی درون حامل های پلیمری زیست سازگار تثبیت شده و دور از دسترس سیستم ایمنی، به بدن منتقل می شوند. هیدروژل ها دسته ای از مواد پلیمری آب دوست با ساختار شبکه ای هستند که حاوی مقادیر بالایی آب بوده و به دلیل زیست سازگاری مطلوب و تقلید ویژگی های طبیعی ماده زمینه خارج سلولی، دارای شاخص های ایدئال برای کاربرد در این زمینه اند. این دسته از مواد امکان اختلاط یکنواخت سلول ها، عوامل درمانی، فاکتورهای رشد را فراهم می کنند. هیدروژل های حساس به دما قادر به ایجاد حامل های سلولی پایدار در پاسخ به تغییرات دمایی هستند؛ از این رو به طور گسترده در کاربردهای انکپسولاسیون سلولی و مهندسی بافت به کار گرفته شده اند. هدف از این مطالعه، سنتز؛ ارزیابی و انتخاب ترکیبی بهینه از آگاروز و ژلاتین- دو بیوپلیمر ژل ساز حساس به دما- برای به کارگیری در انکپسولاسیون سلول هاست. علاوه بر تعیین نقطه ژلینگی، استحکام و پایداری نمونه ها تحت شرایط فیزیولوژیک از طریق بررسی تخریب پذیری و رهایش ژلاتین مورد ارزیابی قرار گرفت و چسبندگی سلولی و آزمون سمیت سلولی نیز بررسی شد. بر مبنای نتایج، هیدروژل با نسبت مشابه دو جزء (1:1)، دمای تبدیل ژل در حدود دمای بدن را نشان می دهد. نمونه های حاوی 50% یا بیشتر آگاروز پایداری مناسبی را در شرایط فیزیولوژیک فراهم نمودند. ارزیابی مکانیکی موید رفتار ویسکوالاستیک نمونه ها بوده هرچند با افزایش میزان ژلاتین، نمونه ها الاستیک تر رفتار می کنند. در بررسی زیست سازگاری، هیچ گونه سمیت سلولی مشاهده نشد؛ همچنین افزودن ژلاتین به آگاروز، خواص چسبندگی سلولی و زیست سازگاری را بهبود بخشیده است. هیدروژل ترکیبی ژلاتین- آگاروز با نسبت مشابه اجزا قابلیت کاربرد به عنوان حامل سلولی در انکپسولاسیون سلولی را داراست.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigation and Characterization of Agarose-Gelatin Blend Hydrogel, as a Cellular Carrier Substrate for Cell Therapy Application

نویسندگان [English]

  • Rana Imani 1
  • Parisa Rahnama Moshtaq 2
  • Shahriar Hojati Emami 3
  • Sasan Jalili 2
  • Ali Mohammad Sharifi 4

1 PhD Student, Biomaterial Group, Laboratory of Tissue Engineering, School of BioMedical Engineering, Amir Kabir University of Technology

2 M.Sc Student, Biomaterial Group, Laboratory of Tissue Engineering, School of BioMedical Engineering, Amir Kabir University of Technology

3 Assistant Professor, Biomaterial Group, School of BioMedical Engineering, Amir Kabir University of Technology

4 Professor, Razi Institute for Drug Research and Department of Pharmacology, Tehran University of Medical Sciences

چکیده [English]

Cell therapy based on cell encapsulation technology holds out the promise of the treatment of many diseases. The technology of cell encapsulation represents a strategy in which cells that secrete therapeutic products are immobilized and immunoprotected within polymeric and biocompatible carriers. Hydrogels - highly hydrated polymer networks- have ideal characteristics for this application because of good biocompatibility and mimicking natural ECM properties. They can homogeneously incorporate and suspend cells, growth factors, and other bioactive compounds. Temperature-sensitive hydrogels, which can form implants in situ in response to temperature change, from ambient to body temperature, have been extensively used in various cell encapsulation, and tissue repair. The objective of this study was preparation, Characterization and selection the optimum composition of agarose-gelatin blend hydrogel, for cell encapsulation application. In order to obtain hydrogel with appropriate properties, rheological, mechanical, and structural characteristics of obtained hydrogels were examined. Furthermore, the stability of samples was characterized by degradation and gelatin release measurements under physiological condition. Cell attachment and cytotoxicity analysis were also performed. Based on the results, hydrogel containing a 1:1 mixture of gelatin and agarose exhibited sol-to-gel transition near body temperature. Samples contain 50% agarose and more, exhibited mechanical integrity under physiological condition. Indentation test of the mechanical properties demonstrated viscoelastic behavior of the blend gelatin-agarose hydrogels under static load; however by increasing the agarose portion, hydrogel behaved more elastically. In vitro biocompatibility experiments showed undetectable cytotoxicity of the hydrogels. Also adding gelatin to agarose modified cell attachment behavior. The results of this study indicate the possibility of the potential use of prepared thermo-responsive agarose/gelatin conjugate with nearly same portion of two components as cell encapsulation carrier.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cell therapy
  • Encapsulasion
  • Temperature-sensitive hydrogel
  • Agarose
  • Gelatin

[1]     Ainhoa M., Aitziber P., Gorka O., Rosa M H., de María C., Luis P. J., Review: Cell micro encapsulation technology: Towards clinical application, Journal of Controlled Release, 2008; 132:. 76–83.

[2]     Babensee J., Anderson J. M., McIntire L., Mikos A.G., Host response to tissue engineered devices, Advanced Drug Delivery Reviews, 1998; 33: 111–139.

[3]     Wilson J., Chaikof E., Challenges and emerging technologies in the immunoisolation of cells and tissues, Advanced Drug Delivery Reviews, 2008; 60: 124–145.

[4]     Zimmermann H., Ehrhart F., Zimmermann D., Müller K., Katsen-Globa A., Behringer M., Feilen P. J., Gessner P., Zimmermann G., Shirley S. G., Weber M.M., Metze J., Zimmermann U., Hydrogel – based encapsulation of biological, functional tissue: fundamentals, technologies and applications, Apply Physics, 2007; 89: 909–922.

[5]     Baroli B., Hydrogels for Tissue Engineering and Delivery of Tissue-Inducing Substances, Journal of Pharmacutical Sciences, 2007; 96: 2197-2223.

[6]     Liu J., Lin Sh., Li L., Liu E., Release of theophylline from polymer blend hydrogels, International Journal of Pharmaceutics, 2005; 298: 117–125.

[7]     Li R.H., Altreuter D.H., Gentile F.T., Transport Characterization of Hydrogel Matrices for Cell Encapsulation, Biotechnology and Bioengineering, 1996; 50: 365-373.

[8]     Martínez-Díaz G.J., Nelson D., Crone W.C., Kao W.J., Mechanical and Chemical Analysis of Gelatin-Based Hydrogel Degradation, Macromolecular Chemistry and Physics, 2003; 204: 1898 –1908.

[9]     Sakai Sh., Hashimoto I., Kawakami K., Agarose – gelatin conjugate for adherent cell-enclosing capsules, Biotechnology Letters, 2007; 29: 731–735.

[10] Verma V., Verma P., Kar S. K., Ray P. and Ray A R., Fabrication of Agar-Gelatin Hybrid Scaffolds Using a Novel Entrapment Method for In Vitro Tissue Engineering Applications, Biotechnology and Bioengineering, 2007; 96: 392-400.

[11] Emami Sh., Crosslinked poly(ethylene oxide) hydrogels, Journal of Applied Polymer Science, 2003; 88; 1451 – 55.

[12] Lu H. F., Targonsky E. D., Wheeler M., B. Cheng Y. L., Thermally Induced Gelable Polymer Networks for Living Cell Encapsulation, Biotechnology and Bioengineering, 2007; 96: 146-155.

[13] Anseth K.S., Bowman C.N. and BrannonPeppas L., Review: Mechanical properties of hydrogels and their experimental determination, Biomaterials, 1996; 17: 1647-57.