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High oxygen preservation hydrogels to augment cell survival under hypoxic condition.
Acta Biomaterialia ( IF 9.4 ) Pub Date : 2020-01-15 , DOI: 10.1016/j.actbio.2020.01.017 Hong Niu 1 , Chao Li 2 , Ya Guan 1 , Yu Dang 1 , Xiaofei Li 2 , Zhaobo Fan 2 , Jie Shen 3 , Liang Ma 4 , Jianjun Guan 1
Acta Biomaterialia ( IF 9.4 ) Pub Date : 2020-01-15 , DOI: 10.1016/j.actbio.2020.01.017 Hong Niu 1 , Chao Li 2 , Ya Guan 1 , Yu Dang 1 , Xiaofei Li 2 , Zhaobo Fan 2 , Jie Shen 3 , Liang Ma 4 , Jianjun Guan 1
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Cell therapy is a promising approach for ischemic tissue regeneration. However, high death rate of delivered cells under low oxygen condition, and poor cell retention in tissues largely limit the therapeutic efficacy. Using cell carriers with high oxygen preservation has potential to improve cell survival. To increase cell retention, cell carriers that can quickly solidify at 37 °C so as to efficiently immobilize the carriers and cells in the tissues are necessary. Yet there lacks cell carriers with these combined properties. In this work, we have developed a family of high oxygen preservation and fast gelation hydrogels based on N-isopropylacrylamide (NIPAAm) copolymers. The hydrogels were synthesized by reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization of NIPAAm, acrylate-oligolactide (AOLA), 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA), and methacrylate-poly(ethylene glycol)-perfluorooctane (MAPEGPFC). The hydrogel solutions exhibited sol-gel temperatures around room temperature and were flowable and injectable at 4°C. They can quickly solidify (≤6 s) at 37°C to form flexible gels. These hydrogels lost 9.4~29.4% of their mass after incubation in Dulbecco's Phosphate-Buffered Saline (DPBS) for 4 weeks. The hydrogels exhibited a greater oxygen partial pressure than DPBS after being transferred from a 21% O2 condition to a 1% O2 condition. When bone marrow mesenchymal stem cells (MSCs) were encapsulated in the hydrogels and cultured under 1% O2, the cells survived and proliferated during the 14-day culture period. In contrast, the cells experienced extensive death in the control hydrogel that had low oxygen preservation capability. The hydrogels possessed excellent biocompatibility. The final degradation products did not provoke cell death even when the concentration was as high as 15 mg/ml, and the hydrogel implantation did not induce substantial inflammation. These hydrogels are promising as cell carriers for cell transplantation into ischemic tissues. STATEMENT OF SIGNIFICANCE: Stem cell therapy for ischemic tissues experiences low therapeutic efficacy largely due to poor cell survival under low oxygen condition. Using cell carriers with high oxygen preservation capability has potential to improve cell survival. In this work, we have developed a family of hydrogels with this property. These hydrogels promoted the encapsulated stem cell survival and growth under low oxygen condition.
中文翻译：
高氧保存水凝胶可增强细胞在缺氧条件下的存活率。
细胞疗法是缺血组织再生的一种有前途的方法。然而，低氧条件下递送细胞的高死亡率以及细胞在组织中的保留差在很大程度上限制了治疗效果。使用高氧保存的细胞载体有可能提高细胞存活率。为了提高细胞保留率，需要能够在37℃下快速固化的细胞载体，以便有效地将载体和细胞固定在组织中。然而，缺乏具有这些综合特性的细胞载体。在这项工作中，我们开发了一系列基于 N-异丙基丙烯酰胺 (NIPAAm) 共聚物的高氧保存和快速凝胶水凝胶。该水凝胶是通过NIPAAm、丙烯酸酯-低聚丙交酯(AOLA)、甲基丙烯酸2-羟乙酯(HEMA)和甲基丙烯酸酯-聚乙二醇-全氟辛烷(MAPEGPFC)的可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合合成的。水凝胶溶液表现出室温附近的溶胶-凝胶温度，并且在 4°C 下可流动和可注射。它们可以在 37°C 下快速固化（≤6 s），形成柔性凝胶。这些水凝胶在杜尔贝科磷酸盐缓冲盐水 (DPBS) 中孵育 4 周后质量损失了 9.4~29.4%。从 21% O2 条件转移到 1% O2 条件后，水凝胶表现出比 DPBS 更大的氧分压。当骨髓间充质干细胞 (MSC) 被封装在水凝胶中并在 1% O2 下培养时，细胞在 14 天的培养期内存活并增殖。相比之下，在具有低氧保存能力的对照水凝胶中，细胞经历了广泛的死亡。该水凝胶具有优异的生物相容性。 最终的降解产物即使浓度高达15 mg/ml也不会引起细胞死亡，并且水凝胶植入不会引起明显的炎症。这些水凝胶有望作为细胞移植到缺血组织中的细胞载体。意义声明：干细胞治疗缺血组织的治疗效果较低，很大程度上是由于低氧条件下细胞存活率差。使用具有高氧保存能力的细胞载体有可能提高细胞存活率。在这项工作中，我们开发了一系列具有这种特性的水凝胶。这些水凝胶促进了封装的干细胞在低氧条件下的存活和生长。
更新日期：2020-01-15
中文翻译：
高氧保存水凝胶可增强细胞在缺氧条件下的存活率。
细胞疗法是缺血组织再生的一种有前途的方法。然而，低氧条件下递送细胞的高死亡率以及细胞在组织中的保留差在很大程度上限制了治疗效果。使用高氧保存的细胞载体有可能提高细胞存活率。为了提高细胞保留率，需要能够在37℃下快速固化的细胞载体，以便有效地将载体和细胞固定在组织中。然而，缺乏具有这些综合特性的细胞载体。在这项工作中，我们开发了一系列基于 N-异丙基丙烯酰胺 (NIPAAm) 共聚物的高氧保存和快速凝胶水凝胶。该水凝胶是通过NIPAAm、丙烯酸酯-低聚丙交酯(AOLA)、甲基丙烯酸2-羟乙酯(HEMA)和甲基丙烯酸酯-聚乙二醇-全氟辛烷(MAPEGPFC)的可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合合成的。水凝胶溶液表现出室温附近的溶胶-凝胶温度，并且在 4°C 下可流动和可注射。它们可以在 37°C 下快速固化（≤6 s），形成柔性凝胶。这些水凝胶在杜尔贝科磷酸盐缓冲盐水 (DPBS) 中孵育 4 周后质量损失了 9.4~29.4%。从 21% O2 条件转移到 1% O2 条件后，水凝胶表现出比 DPBS 更大的氧分压。当骨髓间充质干细胞 (MSC) 被封装在水凝胶中并在 1% O2 下培养时，细胞在 14 天的培养期内存活并增殖。相比之下，在具有低氧保存能力的对照水凝胶中，细胞经历了广泛的死亡。该水凝胶具有优异的生物相容性。 最终的降解产物即使浓度高达15 mg/ml也不会引起细胞死亡，并且水凝胶植入不会引起明显的炎症。这些水凝胶有望作为细胞移植到缺血组织中的细胞载体。意义声明：干细胞治疗缺血组织的治疗效果较低，很大程度上是由于低氧条件下细胞存活率差。使用具有高氧保存能力的细胞载体有可能提高细胞存活率。在这项工作中，我们开发了一系列具有这种特性的水凝胶。这些水凝胶促进了封装的干细胞在低氧条件下的存活和生长。
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