Polyurethane – poly(ethylene glycol) hydrogels for tissue engineering applications

Hydrogels are one of the most common types of biomaterials in tissue engineering and regenerative medicine. In wound healing, their use has provided access to dressings that promote a faster and more effective healing, although no single dressing is able to be used in all wounds. This work aimed at characterizing different polyurethane and poly(ethylene glycol) (PU-PEG) co-polymer hydrogel formulations and evaluating their potential as a material for wound healing. The study of the mechanical properties of hydrogels revealed a wide range of hydrogel strengths through the different formulations. Whilst no degradation was recorded in any hydrogel, their swelling profiles evidenced varied water intake within the formulations with the 12% (w/v) DABCO PU-PEG hydrogel, presenting the highest swelling ratio. Cytotoxicity assays using the L929 fibroblast cell line highlighted the hydrogels’ biocompatibility. Nonfouling studies examining protein adsorption and cellular adhesion indicated that these hydrogels display a nonfouling character that is comparable to Poly(dimethylsiloxane) across all of the hydrogel formulations examined from 15% (w/v) DABCO PU-PEG to 46% (w/v) DABCO PU-PEG. The biocompatibility of the PU-PEG hydrogels allied with mechanical properties and swelling behavior are ideal characteristics for wound dressings, as they are not only malleable and resistant to a series of strains, compatible with other materials studied for wound healing, but are also capable of exudate removal or hydration of the wound environment, promoting its healing. Furthermore, due to its nonfouling properties, a potential indication of anti-foreign body response characteristics, a desirable characteristic of biomaterials, was unveiled. Overall, valuable characterization of the various synthesized PU-PEG hydrogels, highlighted their utility in various applications across the tissue engineering field, especially in wound healing.Hidrogéis são uma das aplicações dos biomateriais mais estudadas em engenharia de tecidos e medicina regenerativa. Na cicatrização de feridas, o seu uso tem proporcionado acesso a tratamentos que promovem uma cicatrização rápida e eficaz, apesar de um só tratamento não poder ser utilizado em todas as feridas. Este trabalho, teve como objetivo caracterizar diferentes formulações de um hidrogel de um co- polímero de poliuretano e polietileno glicol (PU-PEG) e avaliar o seu potencial como um material para o tratamento e cicatrização de feridas. O estudo das propriedades mecânicas dos hidrogéis revelou di- versas forças dos hidrogéis entre as diferentes formulações. Não se observou degradação dos hidrogéis e, os perfis de aumento de massa por absorção de água, apresentaram variações nas quantidades de água absorvida entre as diferentes formulações, sendo a mais elevada no hidrogel 12% (w/v) DABCO PU- PEG. Ensaios de citotoxicidade com a linha celular de fibroblastos L929 destacaram a biocompatibili- dade dos hidrogéis. Estudos de não-incrustação (nonfouling) para avaliar a adsorção de proteínas e ade- são celular indicaram o caráter nonfouling destes hidrogéis, comparável a poli(dimetilsiloxano) nas for- mulações de 46% (w/v) DABCO PU-PEG até 15% (w/v) DABCO PU-PEG. A biocompatibilidade dos hidrogéis PU-PEG assim como as diferentes propriedades mecânicas e capacidade de absorção de água, tornam-nos um biomaterial com características ideais para a cicatriza- ção de feridas visto serem maleáveis e resistentes a várias tensões, compatíveis com outros materiais estudados em cicatrização de feridas, assim como, serem capazes de remover exsudados ou de hidratar o ambiente da ferida, promovendo a cicatrização. Adicionalmente, encontrou-se, devido às suas propri- edades nonfouling, um potencial efeito inibidor da resposta inflamatória a corpos estranhos, uma carac- terística desejável dos biomateriais. Em suma, a caracterização dos vários hidrogéis PU-PEG sintetizados, demonstra a sua utilidade em diversas aplicações na engenharia de tecidos, em especial no tratamento e cicatrização de feridas