Mussel-Inspired Naturally Derived Double-Network Hydrogels and Their Application in 3D Printing: From Soft, Injectable Bioadhesives to Mechanically Strong Hydrogels

自愈水凝胶 组织工程 透明质酸 脚手架 纳米技术 明胶 共价键 生物医学工程 材料科学 化学 高分子化学 有机化学 解剖 医学
作者
Zhongwei Guo,Jingjing Xia,Shengli Mi,Wei Sun
出处
期刊:ACS Biomaterials Science & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:6 (3): 1798-1808 被引量:39
标识
DOI:10.1021/acsbiomaterials.9b01864
摘要

As promising candidates for tissue engineering, hydrogels possess great potential, especially in bioadhesives and load-bearing tissue scaffolds. However, a strategy for synthesizing hydrogels that could achieve the above requirements remains a challenge. Here, a mussel-inspired naturally derived double-network (DN) hydrogel composed of a special combination of two well-characterized natural polymers, hyaluronic acid and alginate, is presented. The key features are its two-step synthesis strategy, which generates injectable and adhesive properties in the first step and then transforms into a DN hydrogel with high mechanical strength and good resilient properties. Based on this strategy, the DN hydrogel could be tamed into a self-supporting three-dimensional (3D) printable bioink. As a rheological modifier, alginate was used to lubricate the covalent cross-linking hydrogels for better extrusion performance. The incorporation of alginate also enhanced the mechanical performance of the soft covalent network by forming reversible alginate–Ca2+ ionic cross-links, which interpenetrate through the outer water-retention scaffold with delicate weblike structures. In vitro cell culture data indicated that our bioink formulation and printing strategy are compatible with human umbilical vein endothelial cells (HUVECs).

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