Biokompatibilní hydrogely na bázi chitosanu, celulózy/škrobu, PVA a PEDOT:PSS s vysokou flexibilitou a mechanickou pevností

Příprava mechanicky pevných hydrogelů, které vydrží podmínky ve vnitřních tkáních, je náročný úkol. Navrhli jsme hydrogely založené na vícesložkových systémech, na kombinaci chitosanu, škrobu/celulózy, PVA a PEDOT:PSS prostřednictvím „one-pot“ syntézy. Hydrogely na bázi škrobu byly homogenní, zatímco hydrogely na bázi celulózy vykazovaly přítomnost celulózových mikro- a nanovláken. Hydrogely na bázi celulózy vykazovaly bobtnací poměr mezi 121 a 156 %, zatímco hydrogely na bázi škrobu vykazovaly vyšší hodnoty, od 234 do 280 %. Tahové testy ukázaly, že přítomnost škrobu v hydrogelech poskytuje vysokou flexibilitu (deformace při přetržení > 300 %), zatímco kombinace s celulózou vedla k tvorbě tužších hydrogelů (moduly pružnosti 3,9–6,6 MPa). Mezní pevnost v tahu pro oba typy hydrogelů byla podobná (2,8–3,9 MPa). Adheze a růst lidských buněk SAOS-2 podobných osteoblastům byl vyšší na hydrogelech s celulózou než na hydrogelech se škrobem a byl vyšší na hydrogelech s PEDOT:PSS než na hydrogelech bez tohoto polymeru. Metabolická aktivita buněk kultivovaných po dobu 3 dnů v hydrogelových infuzích ukázala, že se neuvolňovaly žádné akutně toxické sloučeniny. To je slibné pro další možné aplikace těchto hydrogelů v tkáňovém inženýrství nebo v obvazech ran.Fabricating mechanically strong hydrogels that can withstand the conditions in internal tissues is a challenging task. We have designed hydrogels based on multicomponent systems by combining chitosan, starch/cellulose, PVA, and PEDOT:PSS via one-pot synthesis. The starch-based hydrogels were homogeneous, while the cellulose-based hydrogels showed the presence of cellulose micro- and nanofibers. The cellulose-based hydrogels demonstrated a swelling ratio between 121 and 156%, while the starch-based hydrogels showed higher values, from 234 to 280%. Tensile tests indicated that the presence of starch in the hydrogels provided high flexibility (strain at break > 300%), while combination with cellulose led to the formation of stiffer hydrogels (elastic moduli 3.9–6.6 MPa). The ultimate tensile strength for both types of hydrogels was similar (2.8–3.9 MPa). The adhesion and growth of human osteoblast-like SAOS-2 cells was higher on hydrogels with cellulose than on hydrogels with starch, and was higher on hydrogels with PEDOT:PSS than on hydrogels without this polymer. The metabolic activity of cells cultivated for 3 days in the hydrogel infusions indicated that no acutely toxic compounds were released. This is promising for further possible applications of these hydrogels in tissue engineering or in wound dressings