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Publicação
Alginate hydrogels as a substrate for nerve growth
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 4.09 MB | Adobe PDF |
Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
The World Health Organization (WHO) stated that neurological diseases affect up to one billion
people worldwide. Accidents also provoke serious damage that goes beyond repair. Therefore,
the need to create new and innovative methods to regenerate the nervous system and create
proper models to study the different diseases arises. Currently, there is a scarcity of approaches
that allow us to regenerate nerves. In this context, this project aimed to create a 3D scaffold
for neural tissue engineering. Alginate is a very abundant biomaterial, biocompatible and hy-
drogels with alginate can be simple to synthesize. In this project alginate was crosslinked with
calcium, creating hydrogels with ionic crosslinking, and alginate hydrogels crosslinked with
adipic acid dihydrazide and bishydroxalamine to form hydrazone and oxime bonds, respec-
tively, were also used (DCvC). We hypothesized that the properties of the dynamic networks
would facilitate axon outgrowth in a 3D environment. In this project it was possible to do an
extensive material characterization of alginate hydrogels, which allowed to observe how much
versatile the properties of these hydrogels can be. It was possible to obtain hydrogels with
distinct young modulus (≈2kPa to 70 kPa) and stress relaxation values (277 to 1385s half-time
relaxation), using the same crosslinking chemistry. These hydrogels showed potential to be
used for culture for every type of soft tissue. However, it is still necessary to resolve some
problems regarding stability during culture and degradation. For the cell experiments PC12's
and nociceptor spheroids were used. With the PC12's, it was possible to achieve some axonal
growth, and also see how the dynamic hydrogels allowed for the cells to penetrate and move
inside of the hydrogels. While for the spheroids culture the importance of hydrogel stability
proved crucial for cells to attach and grow, and it was not possible to observe axon growth in
replicated experiments.
A OMS afirmou que doenças neurológicas afetam à volta de um bilião de pessoas mundialmente. Não apenas doenças, mas também acidentes por vezes causam danos irreversíveis no sistema ner- voso. Devido a isto aparece a necessidade de criar métodos inovadores para a regeneração do sistema nervoso, e novos modelos para estudar estas doenças. De momento existem poucas estra- tégias para regenerar nervos. Dito isto, este projeto foca-se em criar um scaffold 3D para servir como substrato para atingir crescimento de nervos. Alginato é um biomaterial abundante, biocom- patível e hidrogéis de alginato podem ser sintetizados por uma abordagem simples. Neste projeto as cadeias de alginato foram reticuladas utilizando cálcio, criando assim uma reticulação iónica, foram também utilizados di-hidrazida do ácido adipico e bishidroxalamina, que formam ligações hidrazida e oxima, respetivamente (DCvC). A hipótese do projeto é fundamentada na possibilidade de que as propriedades das ligações dinâmicas que formam o hidrogel facilitem o crescimento de axónios num ambiente em 3D. Durante o projeto foi possível realizar uma extensa caracterização dos hidrogéis de alginato, o que permitiu observar a versatilidade das propriedades destes geís. Foi possível obter hidrogéis com módulos de Young distintos (≈2kPa-70kPa) e também diferentes valores de relaxação de stress (277 até 1385s tempo de meia relaxação), utilizando a mesma quí- mica para realizar a reticulação. Estes hidrogéis mostram assim potencial para serem utilizados para a cultura de qualquer tipo de tecido mole. No entanto, ainda é necessário resolver alguns proble- mas relativos à estabilidade durante a cultura e a degradação do hidrogel. As experiências com células foram realizadas com PC12’s e esferoides de nociceptores. Com as PC12 foi possível obser- var crescimento de axónios, e também observar como o hidrogel dinâmico permitia às células pe- netrar e mover-se dentro dos hidrogéis. Para a cultura com os esferoides demonstrou ser muito importante a estabilidade do hidrogel para permitir a adesão e crescimento das células, e não foi possível observar o crescimento de axónios em experiências replicadas.
A OMS afirmou que doenças neurológicas afetam à volta de um bilião de pessoas mundialmente. Não apenas doenças, mas também acidentes por vezes causam danos irreversíveis no sistema ner- voso. Devido a isto aparece a necessidade de criar métodos inovadores para a regeneração do sistema nervoso, e novos modelos para estudar estas doenças. De momento existem poucas estra- tégias para regenerar nervos. Dito isto, este projeto foca-se em criar um scaffold 3D para servir como substrato para atingir crescimento de nervos. Alginato é um biomaterial abundante, biocom- patível e hidrogéis de alginato podem ser sintetizados por uma abordagem simples. Neste projeto as cadeias de alginato foram reticuladas utilizando cálcio, criando assim uma reticulação iónica, foram também utilizados di-hidrazida do ácido adipico e bishidroxalamina, que formam ligações hidrazida e oxima, respetivamente (DCvC). A hipótese do projeto é fundamentada na possibilidade de que as propriedades das ligações dinâmicas que formam o hidrogel facilitem o crescimento de axónios num ambiente em 3D. Durante o projeto foi possível realizar uma extensa caracterização dos hidrogéis de alginato, o que permitiu observar a versatilidade das propriedades destes geís. Foi possível obter hidrogéis com módulos de Young distintos (≈2kPa-70kPa) e também diferentes valores de relaxação de stress (277 até 1385s tempo de meia relaxação), utilizando a mesma quí- mica para realizar a reticulação. Estes hidrogéis mostram assim potencial para serem utilizados para a cultura de qualquer tipo de tecido mole. No entanto, ainda é necessário resolver alguns proble- mas relativos à estabilidade durante a cultura e a degradação do hidrogel. As experiências com células foram realizadas com PC12’s e esferoides de nociceptores. Com as PC12 foi possível obser- var crescimento de axónios, e também observar como o hidrogel dinâmico permitia às células pe- netrar e mover-se dentro dos hidrogéis. Para a cultura com os esferoides demonstrou ser muito importante a estabilidade do hidrogel para permitir a adesão e crescimento das células, e não foi possível observar o crescimento de axónios em experiências replicadas.
Descrição
Palavras-chave
Alginate hydrogels Nerve Cells Axons Dynamic network