Bioactive porous peg-peptide composite hydrogels with tunable mechanical properties

Hücre davranışını ve hücre fonksiyonlarını düzenleyen mekanizmaların anlaşılması ve kontrol edilmesi amacıyla, hücrelerin doğal hücrelerarası matrisin ortamının yönlendirici özelliklerinin taklit edilmesi önem taşımaktadır. Doğal hücrelerarası matrisin yapısı ve biyolojik kompleksitesi üzerine yapılan çalışmalar hücrelerarası matrise ait üç tip kritik bilginin hücre davranışı üzerinde etkili olduğunu göstermiştir: (1) biyofiziksel özellikler (elastisite, sertlik), (2) biyokimyasal özellikler (biyoaktif peptit sinyalleri), ve (3) nanoyapı (nanofibriler yapı, porozite). Bu sebeple, günümüzde doku spesifik hücre davranışlarının yönlendirilmesi amacıyla gerçekleştirilen çalışmalar hücrelerarası matris ortamını taklit eden biyomalzemelerin geliştirilmesi üzerine odaklanmıştır. Biyomalzeme alanında en önemli yeniliklerden biri, kovalent kimya metotları kullanılarak biyoaktif peptit epitopları ile modifiye edilmiş sentetik polimer hidrojellerin geliştirilmesidir. Sentetik polimerler günümüzde doku mühendisliği alanında uygulama bulmalarına rağmen, bu malzemeler hücre mikro-ortamının oldukça basitleştirilmiş modelleri olarak kalmakta ve çok fonksiyonlu doğal hücrelerarası matrisin kompleks yapısını taklit edememektedirler. Bu çalışmada, bağımsız olarak ayarlanabilir biyokimyasal, mekanik ve fiziksel özelliklere sahip özgün bir polietilen glikol (PEG)-peptit nanofiber kompozit hidrojel sistemi geliştirilmiştir. Geliştirilen kompozit hidrojel sistemi polimer yapısında herhangi bir kimyasal modifikasyona gerek duyulmaksızın sentetik ESM analoglarının üretimine olanak sağlamaktadır. Biyoaktivite ve porozitenin sağlanması için herhangi bir kovalent konjugasyon metodu kullanılmaması sayesinde üretilen hidrojellerin özellikleri birbirinden etkilenmeksizin çok yönlü olarak modifiye edilebilmektedir. Kendiliğinden biraraya gelen peptit nanofiberlerin, foto-polimerizasyon yöntemi ile çapraz bağlanan polimer ağı ile karıştırılması, porlu hidrojel sistemlerinin oluşturulmasını sağlamıştır. Elde edilen porlu yapılar basit bir şekilde peptit amfifil moleküllerinin amino asit dizilimleri değiştirilerek biyoaktif sinyallerle fonksiyonalize edilebilmektedir. Ayrıca oluşan kompozit sistemin mekanik özellikleri polimer konsantrasyonu değiştirilerek kolayca ayarlanabilmektedir. Sonuç olarak, üretilen çok fonksiyonlu PEG-peptit kompozit iskeleler doğal hücrelerarası matrisi taklit eden, özellikleri ayarlanabilir biyomalzeme platformları alanında önemli bir eksikliği giderebilecektir. Elde edilen bu sistem, iki boyutlu (2D) ve üç boyutlu (3D) ortamlarda hücrelerarası matris benzeri kompleks faktörlerin hücre davranışını ve doku oluşumunu nasıl etkilediğinin araştırılması için kullanışlı bir araç olarak işlev görebilir.