Gli idrogel di collagene agiscono come una struttura tridimensionale biologicamente compatibile, simile a quella del tessuto nativo, che facilita lo sviluppo del tessuto ingegnerizzato. Il collagene, il componente principale di questi gel, è una proteina della matrice extracellulare che si trova nel tessuto connettivo. Ed è usato per fabbricare idrogel che, sono reti polimeriche 3D composte principalmente da acqua. Questo video introdurrà il ruolo fisiologico del collagene, una procedura per l'isolamento e la lavorazione del collagene dalla pelle suina, la fabbricazione di idrogel dalla proteina purificata e infine alcune applicazioni per l'uso di questi idrogel di collagene.

All'interno della matrice extracellulare dei tessuti connettivi ci sono cellule specifiche responsabili della maggior parte della produzione di collagene chiamate fibroblasti. Queste cellule sintetizzano catene polipeptidiche lunghe e rigide. Che, sono assemblati in singoli polimeri ordinati a tripla elicoidale chiamati molecole di collagene. Le molecole di collagene vengono quindi ulteriormente raggruppate in fibrille più spesse e più grandi, che vengono poi ulteriormente raggruppate in fibre più grandi per fornire integrità strutturale alla matrice extracellulare per i vari carichi meccanici che può sperimentare. Diverse configurazioni di collagene sono prodotte in base alle esigenze meccaniche di tessuti specifici. Il tessuto osseo, ad esempio, utilizza una rete intensa di fibre altamente compatta per resistere a carichi meccanici. Tuttavia, altri tessuti, come la parete intestinale, utilizzano una struttura più dispersa. Una volta estratto dal tessuto connettivo, il polimero di collagene può essere utilizzato per creare vari materiali. Poiché il collagene è un polimero idrofilo, è altamente assorbente. Pertanto, può formare un idrogel, che è una rete polimerica che contiene fino al 90% di acqua. Queste reti polimeriche sono formate dalla reticolazione delle singole catene polimeriche utilizzando vari metodi, come reticolatori chimici, calore o luce UV. Il grado di reticolazione influisce sulle proprietà meccaniche dell'idrogel. Pertanto, consentendo a questi materiali di essere utilizzati in una vasta gamma di applicazioni. Ora che i principi degli idrogel di collagene sono stati spiegati, diamo un'occhiata a come il collagene viene estratto dalla pelle suina e utilizzato per creare un idrogel.

Per iniziare la lavorazione del collagene da un campione dermico, prima sciacquarlo in acqua distillata ghiacciata e quindi utilizzare la crema depilatoria per la lana, la pelliccia o la depilazione. Usando una singola lama di rasoio bordata, raschiare il campione pulito dal tessuto connettivo e dal grasso e risciacquare ancora una volta in acqua ghiacciata. Quindi affettare il campione di pelle in pezzi quadrati centimetri. Per rimuovere il materiale solubilizzato non collagenoso, pesare prima 5 grammi di quadrati dermici per tubo conico da 50 millilitri, quindi aggiungere 30 millilitri di acetato di sodio molare ghiacciato 0,5 a ciascun campione. Quindi mescolare i tubi in un omogeneizzatore da banco. Dopo un minuto scartare il surnatante e mescolare nuovamente i campioni in più acetato di sodio ghiacciato per un totale di sette cicli di lavaggio. Dopo l'ultimo lavaggio, sciacquare il campione in acqua distillata ghiacciata e mescolarlo ancora una volta per rimuovere l'acetato di sodio residuo. Quindi comprimere il campione contro il tubo per rimuovere il liquido in eccesso e trasferire ogni campione dermico da 5 grammi elaborato in tubi conici freschi da 50 millilitro. Per estrarre il collagene lavare il campione due volte in 2 millilitri di tampone molare di citrato di sodio molare per grammo di campione. Scartare i supernatanti e comprimere i campioni dopo che ogni lavaggio è stato precedentemente dimostrato. Dopo il secondo lavaggio, aggiungere una nuova aliquota del tampone di citrato di sodio, quindi eseguire sei cicli di agitazione sequenziale senza rimuovere il tampone tra un ciclo e l'altro. Ora, trasferire i supernatanti in singoli tubi di raccolta e aggiungere un ulteriore millilitro di tampone di citrato di sodio molare .075 per grammo di campione prima di eseguire un ciclo di agitazione finale. Successivamente, centrifugare nuovamente il surnatante in un dispositivo filtrante centrifugo per purificare il collagene estratto. Infine, conserva il collage purificato a 4 gradi Celsius.

Ora che il collagene è stato purificato, un idrogel di collagene può essere fabbricato e popolato con cellule per formare un costrutto di tessuto ingegnerizzato. Per iniziare, mescolare accuratamente il collagene dermico purificato in un tubo conico. Quindi, aggiungere le cellule immediatamente alla soluzione di collagene e metterlo sul ghiaccio. Pipettare la miscela ghiacciata in una superficie sterile, non tessuta coltivata, per ridurre al minimo l'attaccamento e la crescita delle cellule al di fuori del gel di collagene. Utilizzare una punta della pipetta per distribuire uniformemente la soluzione. Lasciare polimerizzare il gel a temperatura ambiente per circa 10-15 minuti. Quindi, coprire i gel e spostarli in un incubatore a 37 gradi Celsius per altri 60 minuti per completare la polimerizzazione. Dopo la polimerizzazione, il gel diventerà opaco. Una volta polimerizzato, aggiungere da due a tre millilitri di media. Quindi l'idrogel popolato è pronto per l'uso negli studi di coltura tissutale.

Ora che hai imparato come costruire idrogel di collagene, diamo un'occhiata ad alcune applicazioni pratiche di questi materiali. Gli idrogel di collagene sono spesso usati per imitare il tessuto nativo, come mostrato qui. Tuttavia, i cambiamenti nell'organizzazione delle fibre di collagene possono verificarsi nel tessuto naturale. Risultante in strutture allineate. Di conseguenza, le matrici di collagene ingegnerizzate possono essere costruite in configurazioni casuali o allineate. Gli idrogel di collagene sono spesso usati come scaffold tissutali per lo sviluppo di tessuti artificiali. Fornendo una struttura tridimensionale personalizzata per le cellule da abitare, la matrice di collagene viene successivamente riorganizzata per imitare la struttura e la funzione del tessuto reale. Ad esempio, gli scaffold possono essere seduti con osteoblasti, le cellule responsabili della formazione ossea, per riorganizzare la matrice per assomigliare più da vicino alla struttura e alla funzione del tessuto osseo nativo.

Hai appena visto l'introduzione di Jove agli idrogel di collagene. Ora dovresti capire la struttura del collagene, come è isolato e la fabbricazione di idrogel di collagene oltre alle sue varie applicazioni nel campo della bioingegneria. Grazie per l'attenzione!