De fabricage van een prototype weefsel met functionele eigenschappen die dicht bij natuurlijke weefsels liggen, is cruciaal voor een effectieve transplantatie. Tissue engineering scaffolds worden typisch gebruikt als dragers waarmee cellen weefselachtige structuren kunnen vormen die essentieel zijn voor het correct functioneren van de cellen onder de omstandigheden dicht bij het driedimensionale weefsel.

Wetenschappers van het Bionanotechnology Lab aan de Kazan Federale Universiteit combineerden biopolymeren chitosan en agarose (polysacchariden) en gelatine-eiwit om scaffolds voor weefselmanipulatie te produceren en toonden de verbetering van mechanische sterkte, hogere wateropname en thermische eigenschappen in chitosan-gelatine-agarose hydrogels gedoteerd met halloysiet.

chitosan, een natuurlijk biologisch afbreekbaar en chemisch veelzijdig biopolymeer, is effectief gebruikt in antibacteriële, antischimmel, anti-tumor en immunostimulerende formuleringen. Om de nadelen van pure chitosan-steigers, zoals mechanische kwetsbaarheid en lage biologische weerstand, te overwinnen, chitosan-steigers zijn meestal gedoteerd met andere ondersteunende verbindingen die mechanische versterking mogelijk maken, waardoor samengestelde biologisch resistente steigers worden verkregen.

Agarose is een op galactose gebaseerde ruggengraatpolysaccharide geïsoleerd uit rode algen, met opmerkelijke mechanische eigenschappen die nuttig zijn bij het ontwerpen van weefselconstructiesteigers.

Gelatine wordt gevormd uit collageen door hydrolyse (het breken van de drievoudige helixstructuur in enkelstrengs moleculen) en heeft een aantal voordelen ten opzichte van zijn voorloper. Het is minder immunogeen in vergelijking met collageen en het behoudt informatieve signaalsequenties die celadhesie bevorderen, migratie, differentiatie en proliferatie.

De oppervlakte-onregelmatigheden van de steigerporiën zijn het gevolg van onoplosbare componenten van nanoformaat; deze bevorderen de beste hechting van de cellen op steigermaterialen, terwijl de nanodeeltjesvullers de sterkte van de composieten vergroten. Dus, onderzoekers doopten halloysiet-nanobuisjes in een chitosan-agarose-gelatinematrix om de implanteerbare 3D-celsteigers te ontwerpen.

De resulterende steigers vertonen vormgeheugen bij vervorming en hebben de poreuze structuur die geschikt is voor celadhesie en proliferatie, essentieel voor de fabricage van kunstmatige weefsels. Macroscopische waarnemingen hebben bevestigd dat alle monsters van steigers het sponsachtige gedrag vertonen met het vormgeheugen en vormreconstructie na vervorming, zowel in natte als in droge toestand.

De zwellingsexperimenten gaven aan dat de toevoeging van halloysiet de hydrofiliciteit en bevochtiging van composietsteigers aanzienlijk kan verbeteren. De opname van halloysiet-nanobuisjes in de steigers verhoogt de wateropname en verbetert vervolgens de biocompatibiliteit. De intrinsieke eigenschappen van halloysiet-nanobuisjes kunnen worden gebruikt om de biocompatibiliteit van steigers te verbeteren door het laden en aanhoudende afgifte van verschillende bioactieve verbindingen. Dit biedt het vooruitzicht van steigers met gedefinieerde eigenschappen voor gerichte differentiatie van cellen op matrices als gevolg van geleidelijke afgifte van differentiatiefactoren.

Experimenten met twee soorten menselijke kankercellen (A549 en Hep3B) tonen aan dat in vitro celadhesie en -proliferatie op de nanocomposieten plaatsvinden zonder veranderingen in levensvatbaarheid en cytoskeletvorming.

Verdere in vivo evaluatie van biocompatibiliteit en biologische afbreekbaarheid bij ratten heeft bevestigd dat de scaffolds de vorming van nieuwe bloedvaten rond de implantatieplaatsen bevorderen. De scaffolds vertonen een uitstekende resorptie binnen zes weken na implantatie bij ratten. Neovascularisatie waargenomen in nieuw gevormd bindweefsel dat in de buurt van de scaffold is geplaatst, zorgt voor het volledige herstel van de bloedstroom.

De verkregen resultaten geven aan dat de met halloysiet gedoteerde steigers biocompatibel zijn, zoals zowel in vitro als in vivo is aangetoond. In aanvulling, ze bevestigen het grote potentieel van chitosan-agarose-gelatine nanocomposiet poreuze scaffolds gedoteerd met halloysiet in tissue engineering met potentieel voor aanhoudende toediening van nanobuisjes.