Synthesis, characterization and cell adhesion of a new class of hydrogels injectable, thermosensitive and biodegradable

Hydrogels have been widely studied, especially as injectable materials for applications as biomaterials. These hydrogels may possess thermosensitive features near body temperature (LCST Lower Critical Solution Temperature around 37ºC), rapid gelation, carry drugs, cells or cell growth factors. The current challenge is to make these materials biodegradables and mechanical properties optimized for their use in cardiac tissue engineering. The aim of this study was to synthesize hydrogels of poly(N-iropropylacrylamide) (PNIPAAm) from a new class of macromer consisting of 2-hydroxyethyl methacylate (HEMA), poly(L-co-D,L lactic acid) and trimethylene carbonate (PLDLA-co-TMC) in order to give the hydrogel biodegradation characteristics and mechanical properties suitable for future applications in cardiac tissue engineering. Hydrogels were synthesized by free radical polymerization, the macromer having concentrations ranging from 5%, 10% and 15% (w/w) to evaluate the influence in chemical, mechanical and thermal properties. Macroscopic evaluation showed that the hydrogels exhibit characteristics of injectable and thermosensibility. Swelling tests showed swelling hydrogels with absorption of 20, 29 and 63% of water for compositions. Nuclear Magnetic Resonance (NMR 13C e 1H) confirmed the copolymerization of HEMA with PLDLA-co-TMC as well as the copolymerization of hydrogel PNIPAAm-co-AAc-co-HEMAPLDLA-co-TMC. Infrared spectroscopy (FTIR) corroborated the data found in (NMR 13C e 1H). Differential Scanning Calorimetry (DSC) showed a glass transition temperature of 114ºC, 130ºC and 98ºC for hydrogels, near those found in literature, moreover, showed the LCST for samples at 29ºC, 30ºC and 24ºC, temperatures being lower than 37ºC, indicating these hydrogels may be used in the human body. Scanning electron microscopy (SEM) showed hydrogels without interconnected pores. Mechanical tensile tests showed hydrogels with Young s Modulus of 531, 922 and 725 kPa, and over 500% strain in all synthesized compositions. Degradation of materials followed by weight loss and gel permeation chromatography (GPC) demonstrated stability of hydrogel during first 4 weeks and after 10 weeks showed the onset of weight loss. Finally, the biological interactions assays showed the material as cytocompatible and non-toxic to Vero cells. Thus, the synthesized hydrogels are promising for future applications in cells carriers for tissue engineering.Universidade Federal de Sao CarlosA classe de hidrogéis vem sendo amplamente estudada, principalmente como materiais injetáveis para aplicações como biomateriais. Estes hidrogéis podem possuir características de termo sensibilidade próximos à temperatura corporal (LCST Lower Critical Solution Temperature em torno de 37ºC), solidificarem rapidamente, carregarem fármacos, células ou fatores de crescimento celular. O desafio atual é tornar esses hidrogéis biodegradáveis e com propriedades mecânicas otimizadas à sua utilização. O objetivo deste estudo foi sintetizar hidrogéis de poli(N-isopropilacrilamida) (PNIPAAm) a partir de uma nova classe de macrômero composto por 2-hidróxietil metacrilato (HEMA), poli(L-co-D,L ácido lático) e trimetileno carbonato (PLDLA-co-TMC), a fim de conferir ao hidrogel características de biodegradação e propriedades mecânicas adequadas para futuras aplicações em engenharia tecidual cardíaca. Os hidrogéis foram sintetizados através da polimerização via radical livre, com concentrações do macrômero variando de 5%, 10% e 15% (m/m) visando avaliar a influência nas propriedades químicas, mecânicas e térmicas do hidrogel sintetizado. A avaliação macroscópica mostrou que os hidrogéis apresentam características de materiais injetáveis e termo sensíveis. Os ensaios de intumescimento apontaram hidrogéis com absorção de 20, 29 e 63% de água para as composições estudadas. As análises de ressonância magnética nuclear (RMN 13C e 1H) comprovaram a copolimerização do HEMA com o PLDLA-co-TMC bem como a copolimerização do hidrogel de PNIPAAm-co-AAc-co-HEMAPLDLA-co-TMC. As análises de espectroscopia do infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) corroborou os dados encontrados na técnica de RMN 13C e 1H. A técnica de calorimetria exploratória diferencial (DSC) apontou temperaturas de transição vítrea dos hidrogéis 114ºC, 130ºC e 98ºC próximas as encontradas na literatura, além disso, mostrou o comportamento LCST para as amostras nas temperaturas de 29ºC, 30ºC e 24ºC, temperaturas sendo menores que 37ºC, indicando que as mesmas podem ser utilizadas no organismo. A microscopia eletrônica de varredura (MEV) apontou hidrogéis com poros sem interconectividade. Os ensaios mecânicos de tração apontaram hidrogéis com módulo de elasticidade de 531, 922 e 725 kPa e deformações superiores a 500% em todos as composições sintetizadas. A degradação dos materiais foi medida pela perda de massa, bem como por cromatografia de permeação em gel (GPC) apontou estabilidade dos hidrogéis nas primeiras 4 semanas, e após 10 semanas houve o início da perda de massa. Por fim, os ensaios de interação biológica apontaram o material como citocompátivel e não tóxico às células Vero. Sendo assim, os hidrogéis sintetizados são materiais promissores para futuras aplicações em sistemas de carregamento celular para engenharia tecidual