Sequenziell vernetzte, kollagenbasierte Hydrogele zur Bildung eines semi-interpenetrierenden Netzwerks zur Verbesserung der Stabilität gegenüber hydrolytischem Abbau und elektrochemischen Eigenschaften

Zusammenfassung Biologisch abbaubare Polymere sind entscheidend in der Gewebeengineering, da sie die langfristige Gewebeintegration erleichtern und die Notwendigkeit für Operationen verringern. Kollagen, ein wesentlicher Bestandteil der extrazellulären Matrix, steht jedoch aufgrund seiner begrenzten mechanischen Festigkeit und schnellen In-vivo-Zersetzung vor Herausforderungen. Diese Studie befasst sich mit diesen Problemen durch Vernetzung und Funktionalisierung von Kollagen mit synthetischem 4-Arm-Amin-terminierten Polyethylenglykol (PEG) in einem semi-interpenetrierenden Netzwerk (IPN) Hydrogel. Das erste Ziel ist, die Widerstandsfähigkeit gegenüber Hydrolyse zu erhöhen und somit die Biodegradationsrate zu verlängern. Dann sollen die elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften für bestimmte Anwendungen wie die Regeneration von Nervengewebe untersucht werden. Die Hydrogele wurden durch sequenzielle IPN-Bildungsynthese hergestellt, wobei ihre strukturelle Stabilität und Art der Abbauprodukte mittels Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie (FTIR), Raman-Spektroskopie, Rasterelektronenmikroskopie (REM) und Kernmagnetresonanz (NMR) bestätigt wurden. Anschließend zeigen die Untersuchungen der mechanischen und Abpropertyeigenschaften eine Verbesserung der Härte um 92 % und eine Beibehaltung von 90 % ihrer ursprünglichen Masse über einen bestimmten Zeitraum unter physiologischen Bedingungen. Darüber hinaus erhöht die Einführung von Polyppyrrol (PPy) durch In-situ-Polymerisation die elektrische Leitfähigkeit und erzielt bei einer Konzentration von 0,75 M einen bemerkenswerten Anstieg um das 10.000-fache, was der Interkonnektivität von PPy-Kettennetzwerken innerhalb der dreidimensionalen Struktur des IPN-Kollagen/PEG-Hydrogels zuzurechnen ist. Die erhöhte PPy-Konzentration verbessert die Leitfähigkeit und reduziert den Energiebedarf für Redox-Reaktionen, was die elektrochemische Stabilität gewährleistet, wie die Analyse der zyklischen Voltammetrie zeigt. Die nachgewiesene strukturelle und elektrochemische Stabilität des halb-IPN Kollagen/PEG/PPy Hydrogel in einem physiologischen Umfeld durch eine einfache sequenzielle Vernetzungsmethode unterstreicht seine vielversprechenden praktischen Anwendungen zur Verbesserung der klinischen Effektivität.