Idrogeli a base di xiloglucano e k-carragene con sferoidi di cellule staminali adipose umane come scaffolds per la medicina rigenerativa

Abstract

Con l’obiettivo di sviluppare scaffold per la rigenerazione dei tessuti umani con sferoidi di cellule staminali adipose (S-ASC), questo lavoro indaga le proprietà degli idrogeli formati da dei polisaccaridi che subiscono transizioni sol-gel indotte dalla temperatura e le loro miscele: k-carragene (k-C) e xiloglucano parzialmente degalattosilato (Deg-XG). Gli idrogeli sono network polimerici idrofili rigonfiati dall'acqua. La morfologia e le proprietà meccaniche degli idrogeli sono fortemente influenzate dalla loro composizione, grado di reticolazione e di rigonfiamento. Quando sono progettati come scaffold, devono avere sufficiente integrità meccanica per fornire supporto alle cellule, dall'impianto fino al completamento del processo. Il K-C forma gel più forti rispetto al Deg-XG, ancor più se formulato con sali di potassio, a causa dell'associazione delle catene in doppie eliche. La miscelazione dei due biopolimeri consente di controllarne la densità di reticolazione, le proprietà meccaniche e la morfologia. Il k-C è stato fornito da Gelcarin ME 8625 FMC Biopolymer; il Deg-XG è stato fornito da DSP Gokyo (Giappone); KCl è stato acquistato da Sigma Aldrich; le S-ASC sono state ottenute dalla liposuzione di pazienti sani. Dopo aver preparato idrogeli di solo k-C (2, 3%w) e solo Deg-XG (3%w), le loro miscele sono state ottenute mantenendo costante la concentrazione di k-C (2%w) e variando la concentrazione di Deg-XG (0.2, 0.5, 0.75, 1 %w). KCl (0.4%w) è stato utilizzato per reticolare il k-C. I test di rigonfiamento ed erosione in PBS a 37°C sono stati eseguiti immergendo gli idrogeli nella soluzione e pesando i campioni a intervalli dati. Tutti i sistemi contenenti k-C non mostrano quasi nessun ulteriore rigonfiamento (massimo 1%) seguito da lenta erosione (-10% in 5 settimane). Il grado di rigonfiamento per le miscele non è significativamente influenzato dal contenuto Deg-XG. Le misure reologiche di scansione in frequenza sono state eseguite utilizzando un reometro AR G2 (TA Instruments), a 37 ° C, nell'intervallo di frequenza 0.5-50 Hz e con uno strain pari a 8×10-4. Per tutti i sistemi contenenti k-C, lo storage modulus (G') è più di un ordine di grandezza superiore al loss modulus (G") e invariante con la frequenza. Questo è il comportamento tipico dei gel forti. G' è maggiore di G" anche per il Deg-XG 3%w, ma G" è dipendente dalla frequenza e G' è quasi due ordini di grandezza inferiore rispetto al sistema di k-C alla stessa concentrazione di polimero. La miscela k-C 2%/Deg-XG 1% mostra valori intermedi di G' e G". Le indagini morfologiche sono state condotte utilizzando un microscopio a scansione elettronica (FESEM-JEOL) a 10kV su idrogeli liofilizzati. L'analisi al SEM mostra lamelle ondulate per il k-C 2%, una struttura molto eterogenea per il Deg-XG 3%, con grandi cavità e piccoli pori, una struttura microporosa aperta e interconnessa per il k-C 2%/Deg-XG 1%. I test di compatibilità preliminare con S-ASC sono stati eseguiti mescolando le cellule e il loro terreno di coltura con Deg-XG 3%w e k-C 2%w e valutando morfologicamente la vitalità dopo 21 giorni utilizzando il microscopio ottico. Con entrambi gli idrogeli le S-ASC mantengono la loro struttura morfologica intatta.