Monolithic-to-focal evolving biointerfaces in tissue regeneration and bioelectronics

生物电子学 生物界面 自愈水凝胶 纳米技术 焦点粘着 生物加工 再生(生物学) 材料科学 生物医学工程 组织工程 化学 细胞生物学 工程类 生物传感器 生物 磷酸化 生物化学 高分子化学
作者
Jiuyun Shi,Yiliang Lin,Pengju Li,Phil Mickel,Changxu Sun,Kavita Parekh,Jingcheng Ma,Saehyun Kim,Brennan Ashwood,Lingyuan Meng,Yanqi Luo,Si Chen,Hsiu‐Ming Tsai,Candace M. Cham,Jing Zhang,Zhe Cheng,Jabr A. Abu-Halimah,Jiwang Chen,Philip J. Griffin,Eugene B. Chang
标识
DOI:10.1038/s44286-023-00008-y
摘要

Material–biology interfaces are elemental in disease diagnosis and treatment. While monolithic biointerfaces are easier to implement, distributed and focal interfaces tend to be more dynamic and less invasive. Here, using naturally occurring precursors, we constructed a granule-releasing hydrogel platform that shows monolithic-to-focal evolving biointerfaces, thus expanding the forms, delivery methods and application domains of traditional monolithic or focal biointerfaces. Individual granules were embedded in a responsive hydrogel matrix and then converted into various macroscopic shapes such as bandages and bioelectronics–gel hybrids to enhance macroscopic manipulation. The granules can be released from the macroscopic shapes and establish focal bio-adhesions ex vivo and in vivo, for which molecular dynamics simulations reveal the adhesion mechanism. With the evolving design, we demonstrate that granule-releasing hydrogels effectively treat ulcerative colitis, heal skin wounds and reduce myocardial infarctions. Furthermore, we demonstrate improved device manipulation and bio-adhesion when granule-releasing hydrogels are incorporated into flexible cardiac electrophysiology mapping devices. This work presents an approach for building dynamic biointerfaces. Developing biointerfaces that combine the advantages of both monolithic and focal elements remains challenging. Now, a hydrogel that releases surface-modified granules and shows biointerface transition capability has been developed. This granule-releasing hydrogel manages colitis, accelerates wound healing, and facilitates cardiac tissue regeneration and mapping of cardiac activity with bioelectronic devices.
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