Name: synthesis of strong adhesive hydrogel, gelatin o-nitrosobenzaldehyde
Uploaded: 2022-11-11T14:50:00
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I topi C57BL / 6 sono stati acquistati dalla Zhejiang University School of Medicine Sir Run Run Shaw Hospital. I conigli neozelandesi sono stati acquistati dall'Università di Zhejiang. Gli animali sono stati mantenuti in condizioni naturali di ciclo luce-buio e hanno ricevuto cibo e acqua potabile liberamente. Tutte le procedure sperimentali sono state approvate eticamente dalle linee guida istituzionali delle linee guida standard del Comitato etico dell'Università di Zhejiang (ZJU20200156) e della Scuola di medicina d...

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	<li>Tam, R. Y., Smith, L. J., Shoichet, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+cellular+microenvironments+with+photo-+and+enzymatically+responsive+hydrogels:+toward+biomimetic+3D+cell+culture+models.">Engineering cellular microenvironments with photo- and enzymatically responsive hydrogels: toward biomimetic 3D cell culture models.</a> Accounts of Chemical Research. 50 (4), 703-713 (2017).</li><li>Xu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioadhesive+hydrogels+demonstrating+pH-independent+and+ultrafast+gelation+promote+gastric+ulcer+healing+in+pigs.">Bioadhesive hydrogels demonstrating pH-independent and ultrafast gelation promote gastric ulcer healing in pigs.</a> Science Translational Medicine. 12 (558), (2020).</li><li>Zheng, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Directed+self-assembly+of+herbal+small+molecules+into+sustained+release+hydrogels+for+treating+neural+inflammation.">Directed self-assembly of herbal small molecules into sustained release hydrogels for treating neural inflammation.</a> Nature Communications. 10 (1), 1604 (2019).</li><li>Seif-Naraghi, S. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Safety+and+efficacy+of+an+injectable+extracellular+matrix+hydrogel+for+treating+myocardial+infarction.">Safety and efficacy of an injectable extracellular matrix hydrogel for treating myocardial infarction.</a> Science Translational Medicine. 5 (173), (2013).</li><li>Mao, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=GelNB+molecular+coating+as+a+biophysical+barrier+to+isolate+intestinal+irritating+metabolites+and+regulate+intestinal+microbial+homeostasis+in+the+treatment+of+inflammatory+bowel+disease.">GelNB molecular coating as a biophysical barrier to isolate intestinal irritating metabolites and regulate intestinal microbial homeostasis in the treatment of inflammatory bowel disease.</a> Bioactive Materials. 19, 251-267 (2022).</li><li>Nan, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+highly+elastic+and+fatigue-resistant+natural+protein-reinforced+hydrogel+electrolyte+for+reversible-compressible+quasi-solid-state+supercapacitors.">A highly elastic and fatigue-resistant natural protein-reinforced hydrogel electrolyte for reversible-compressible quasi-solid-state supercapacitors.</a> Advanced Science. 7 (14), 2000587 (2020).</li><li>Matsumoto, K., Sakikawa, N., Miyata, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermo-responsive+gels+that+absorb+moisture+and+ooze+water.">Thermo-responsive gels that absorb moisture and ooze water.</a> Nature Communications. 9 (1), 2315 (2018).</li><li>Liu, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=resilient,+adhesive,+and+anti-freezing+hydrogels+cross-linked+with+a+macromolecular+cross-linker+for+wearable+strain+sensors.">resilient, adhesive, and anti-freezing hydrogels cross-linked with a macromolecular cross-linker for wearable strain sensors.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 13 (35), 42052-42062 (2021).</li><li>Hong, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+strongly+adhesive+hemostatic+hydrogel+for+the+repair+of+arterial+and+heart+bleeds.">A strongly adhesive hemostatic hydrogel for the repair of arterial and heart bleeds.</a> Nature Communications. 10 (1), 2060 (2019).</li><li>Yang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tissue-integratable+and+biocompatible+photogelation+by+the+imine+crosslinking+reaction.">Tissue-integratable and biocompatible photogelation by the imine crosslinking reaction.</a> Advanced Materials. 28 (14), 2724-2730 (2016).</li><li>Ofner, C. M., Bubnis, W. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical+and+swelling+evaluations+of+amino+group+crosslinking+in+gelatin+and+modified+gelatin+matrices.">Chemical and swelling evaluations of amino group crosslinking in gelatin and modified gelatin matrices.</a> Pharmaceutical Research. 13 (12), 1821-1827 (1996).</li><li>Zhang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+long-term+retaining+molecular+coating+for+corneal+regeneration.">A long-term retaining molecular coating for corneal regeneration.</a> Bioactive Materials. 6 (12), 4447-4454 (2021).</li><li>Liang, Y., Li, Z., Huang, Y., Yu, R., Guo, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dual-dynamic-bond+cross-linked+antibacterial+adhesive+hydrogel+sealants+with+on-demand+removability+for+post-wound-closure+and+infected+wound+healing.">Dual-dynamic-bond cross-linked antibacterial adhesive hydrogel sealants with on-demand removability for post-wound-closure and infected wound healing.</a> ACS Nano. 15 (4), 7078-7093 (2021).</li></ol>

I materiali adesivi sono una nuova classe di materiali. Sempre più ricercatori sono impegnati nella sintesi di vari tipi di materiali adesivi e stanno cercando di trovare le loro applicazioni in biotecnologia, ingegneria tissutale, medicina rigenerativa e altri campi, che ha portato a un vigoroso sviluppo negli ultimi anni. Oltre a concentrarsi sulla forte adesione dei materiali adesivi, i ricercatori stanno anche prestando maggiore attenzione ad altre proprietà, come l'iniettabilità, l'auto-guarigione, l'emostatico, ...

L'idrogel è un tipo di polimero tridimensionale formato dal rigonfiamento dell'acqua. In particolare, l'idrogel derivato da una matrice extracellulare è ampiamente utilizzato nel campo della biosintesi e della medicina rigenerativa per la sua eccellente biocompatibilità ed efficacia terapeutica1. Sono stati segnalati idrogel per il trattamento di ulcere gastriche, neuriti, infarto miocardico 2,3,4 e altre malattie. Inoltre, è stato dimostrato che la gelatina-NB può promuovere l'esito della malattia infiammatoria intestinale infiammatoria (IBD)5. Gli idrogel tradizionali includono gomma di gellano, gelatina, acido ialuronico, glicole polietilenico (PEG), stratificato, idrofobo / idrofilo, alginato / poliacrilammide, doppia rete e idrogel polianfotero6, tutti con buona istocompatibilità e proprietà meccaniche. Tuttavia, questi idrogel tradizionali sono vulnerabili all'umidità e all'aria nell'ambiente. Se sono esposti all'aria per lungo tempo, perderanno acqua e si asciugheranno; Se sono immersi nell'acqua per lungo tempo, assorbiranno acqua e si espanderanno7, riducendo così la loro flessibilità e funzione meccanica. Inoltre, mantenere l'adesione tissutale degli idrogel convenzionali è una grande sfida8.
Sulla base di questo, abbiamo progettato e sintetizzato una gelatina idrogel su scala nanometrica-NB, che è un nuovo idrogel formato modificando la gelatina biologica con NB (Figura 1). NB ha una forte capacità di adesione a -NH2 sul tessuto, che può formare un gran numero di legami C = N, aumentando così l'adesività dell'interfaccia idrogel-tessuto. Questa forte adesione può far aderire saldamente l'idrogel alla superficie del tessuto, formando così un rivestimento molecolare a livello nanometrico. Negli studi precedenti del team, è stato confermato che questo tipo di rivestimento idrogel modificato ha migliorato l'adesione dei tessuti9; Può aderire stabilmente agli organi e ai tessuti corneali e intestinali e svolgere ruoli anti-infiammatori, isolamento della barriera e promozione della rigenerazione. L'obiettivo è quello di introdurre il processo di sintesi specifico della gelatina-NB in dettaglio qui, in modo che la gelatina-NB possa essere applicata in più scenari di riparazione dei danni. Inoltre, incoraggiamo altri ricercatori a rafforzare ed espandere ulteriormente la natura di questo materiale per adattarsi a più scenari applicativi.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1-(3Dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodimide hydrochloride (EDC)</td>
			<td>Aladdin</td>
			<td>L287553</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-Hydroxy-3-(methoxy-D3) benzaldehyde</td>
			<td>Shanghai Acmec Biochemical Co., Ltd</td>
			<td>H946072</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DCM</td>
			<td>Aladdin</td>
			<td>D154840</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dichloromethane</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>270997</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimethyl sulfoxide (DMSO)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>20-139</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>dimethylformamide (DMF)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>PHR1553</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>gelatin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>1288485</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>magnesium sulfate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M7506</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MeOH</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>1424109</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>methyl 4-(4-formyl-2-methoxyphenoxy methoxyphenyl) butanoic acid methyl ester</td>
			<td>chemsrc</td>
			<td>141333-27-9</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>methyl 4-bromobutyrate</td>
			<td>Aladdin</td>
			<td>M158832</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaBH4</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>215511</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-hydroxysuccinimide (NHS)</td>
			<td>Aladdin</td>
			<td>D342712</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>nitric acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>225711</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>potassium carbonate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>209619</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SEM (Nova Nano 450)</td>
			<td>Thermo FEI</td>
			<td>17024560</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>THF/EtOH</td>
			<td>Aladdin</td>
			<td>D380010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>trifluoroacetic acid (TFA)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>8.0826</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

synthesis of strong adhesive hydrogel, gelatin o-nitrosobenzaldehyde

I materiali adesivi sono diventati biomateriali popolari nel campo dell'ingegneria biomedica e tissutale. Nel nostro lavoro precedente, abbiamo presentato un nuovo materiale - gelatina o-nitrosobenzaldeide (gelatina-NB) - che viene utilizzato principalmente per la rigenerazione dei tessuti ed è stato convalidato in modelli animali di lesioni corneali e malattie infiammatorie intestinali. Questo è un nuovo idrogel formato modificando la gelatina biologica con o-nitrosobenzaldeide (NB). La gelatina-NB è stata sintetizzata attivando il gruppo carbossilico di NB-COOH e reagendo con la gelatina attraverso 1-(3-dimetilamminopropil)-3-etilcarbodiimmide cloridrato (EDC) e N-idrossisuccinimide (NHS). Il composto ottenuto è stato purificato per generare il prodotto finale, che può essere conservato stabilmente per almeno 18 mesi. NB ha una forte adesione a -NH2 sul tessuto, che può formare molti legami C = N, aumentando così l'adesione della gelatina-NB all'interfaccia tissutale. Il processo di preparazione comprende fasi per la sintesi del gruppo NB-COOH, la modifica del gruppo, la sintesi della gelatina-NB e la purificazione del composto. L'obiettivo è descrivere in dettaglio il processo di sintesi specifico della gelatina-NB e dimostrare l'applicazione della gelatina-NB per riparare i danni. Inoltre, il protocollo è presentato per rafforzare ed espandere ulteriormente la natura del materiale prodotto dalla comunità scientifica per scenari più applicabili.

La figura 2A mostra uno schema delle principali reazioni chimiche coinvolte nella sintesi della gelatina-NB, che promuove l'integrazione tissutale innestando gruppi NB sulla gelatina. La figura 2B mostra che l'O-nitrobenzene dell'idrogel gelatina-NB si converte in un gruppo NB immediatamente dopo l'irradiazione UV, e quindi il gruppo aldeide attivo può essere reticolato con un gruppo amminico per formare una base di Schiff. La figura 2C</st...

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Synthesis of Strong Adhesive Hydrogel, Gelatin O-Nitrosobenzaldehyde

Il protocollo qui presentato mostra la sintesi di un forte idrogel adesivo gelatina o-nitrosobenzaldeide (gelatina-NB). La gelatina-NB ha una capacità di adesione tissutale rapida ed efficiente, che può formare una forte barriera fisica per proteggere le superfici delle ferite, quindi dovrebbe essere applicata al campo della biotecnologia per la riparazione delle lesioni.

Sintesi di idrogel adesivo forte, gelatina O-nitrosobenzaldeide

Adhesive materials have become popular biomaterials in the field of biomedical and tissue engineering. In our previous work, we presented a new material - ...

Il nostro protocollo descrive in dettaglio la sintesi di un nuovo idrogel adesivo, gelatina o-nitrosobenzaldeide. Risolve principalmente il problema di come massimizzare l'adesione dell'idrogel. Nella nostra tecnologia, i gruppi chimici nell'idrogeno vengono modificati, avendo così l'attività di reazione chimica con gruppi chimici sulla superficie del tessuto animale per ottenere una stretta flessione e attenzione.Il prodotto sintetizzato con la nostra tecnica può mantenere una forte attenzione a lungo termine sulla superficie dei tessuti animali, promuovendo così efficacemente la riparazione dei danni e la rigenerazione dei tessuti. Questo metodo potrebbe fornire informazioni su una medicina rigenerativa, compresi i danni nei biosistemi. Abbiamo precedentemente riportato l'applicazione di prodotti sintetizzati con questo metodo nelle lesioni corneali e IBD.Per iniziare, sciogliere i composti preparati come descritto nel manoscritto in 40 millilitri di N, N-dimetilformammide e mescolare a temperatura ambiente per 16 ore. Quindi aggiungere 200 millilitri di acqua a zero gradi Celsius alla miscela e precipitare la miscela per ottenere il prodotto grezzo. Sciogliere ripetutamente il prodotto grezzo in N, N-dimetilformammide e quindi precipitare per cinque cicli.Dopo aver precipitato il prodotto grezzo, asciugarlo a 80 gradi Celsius per due ore per ottenere il prodotto precoce. Eseguire la sostituzione ipso dell'estere metilico dell'acido 4-butanoico aggiungendo lentamente 9,4 grammi di metil-4-butanoato a una soluzione pre-fredda di acido nitrico al 70% e mescolare a meno due gradi Celsius per tre ore. Quindi precipitare la miscela.Filtrare con 200 millilitri di acqua a zero gradi Celsius e purificarla in N, N-dimetilformammide per precipitare un prodotto solido. Idrolizzare il prodotto solido in acido trifluoroacetico a 90 gradi Celsius e metterlo in un evaporatore rotante prima di essiccarlo in forno. Dopo aver sciolto il prodotto intermedio in tetraidrofurano, aggiungere lentamente 1,43 grammi di boroidruro di sodio a zero gradi Celsius.Dopo tre ore, rimuovere tutti i solventi sotto vuoto e sospendere il residuo in una soluzione acquosa/diclorometano uno-a-uno. Preparare il diclorometano per estrarre il prodotto dallo strato acquoso rimuovendo lo strato organico e asciugare sul solfato di magnesio. Quindi purificare il prodotto grezzo mediante cromatografia su colonna di gel di silice utilizzando metanolo diclorometano in rapporto 10: 1.Infine, ottenere 5,31 grammi di polvere giallastra relativamente pura NB carbossi. Preparare una soluzione omogenea di gelatina sciogliendo cinque grammi di gelatina in 100 millilitri di acqua deionizzata e conservata a 37 gradi Celsius per un lotto di modifica. Dopo aver definito il rapporto di alimentazione come descritto nel manoscritto, sciogliere 1.060 milligrammi di carbossidi NB in cinque millilitri di dimetilsolfossido.Per attivare i gruppi carbossilici della carbossile NB, aggiungere 746 milligrammi di 1-3-etilcarbodimide cloridrato nella soluzione di carbossimetilsolfossido NB e mescolare per cinque minuti. Dopo che l'1-3-etilcarbodimide cloridrato si è sciolto, aggiungere 448 milligrammi di N-idrossisuccinimide e mescolare per cinque minuti. Utilizzare un imbuto a goccia per far cadere lentamente la miscela ad una velocità di 0,5 millilitri al minuto nella soluzione di gelatina disciolta con agitazione vigorosa per reagire a 45 gradi Celsius per quattro ore.Dopo aver dializzato la soluzione di gelatina NB contro l'acqua deionizzata in eccesso per almeno tre giorni, raccogliere, congelare e liofilizzare per ottenere le schiume gelatina-NB. Tenere le schiume in un essiccato al buio per un ulteriore utilizzo. Sciogliere le schiume gelatinose gelatinose-NB liofilizzate in acqua deionizzata a 37 gradi Celsius immediatamente prima dell'uso.Sono state ottenute le immagini SEM della superficie corneale lesa e della superficie corneale trattata con rivestimento proteico gelatina-NB-4, dimostrando che la morfologia della proteina gelatina-NB-4 aderisce alla superficie corneale. Tuttavia, una superficie corneale danneggiata trattata con nulla o gelatina appare liscia. Le immagini a fluorescenza della superficie del colon dei topi marcata da gelatina e rivestimento molecolare di gelatina-NB mostrano che la gelatina-NB marcata fluorescentmente ha la capacità di aderire al tessuto intestinale e formare un rivestimento denso.Tuttavia, l'intensità della fluorescenza del gruppo gelatina è molto debole, indicando che non riesce ad aderire saldamente alla parete intestinale. Le immagini di fluorescenza della gelatina etichettata e delle piastre aminate trattate con rivestimento molecolare gelatina-NB a zero e 24 ore mostrano che entrambi possono inizialmente aderire alla piastra. Dopo aver versato PBS e cambiato la piastra aminata ogni quattro ore per 24 ore, solo la gelatina-NB mantiene una forte fluorescenza, indicando che aderisce fortemente.La spettroscopia fotonica a raggi X del legame gelatina-NB-4 ha dimostrato che gli spettri di una superficie corneale e di una superficie trattata con gelatina sono gli stessi. Tuttavia, un picco extra appare a 400 elettronvolt, indicando la formazione di molti legami CN nel tessuto dopo il trattamento con gelatina-NB attivata UV. La cosa più importante da ricordare è che quando si sintetizza la gelatina-NB in diverse condizioni di applicazione, è necessario impostare il gradiente FR pre-esperimento per esplorare il miglior effetto di attenzione.Questa tecnica può aprire la strada allo sviluppo della medicina biosintetica e rigenerativa. I ricercatori possono fare riferimento al video per modificare il gruppo per soddisfare le esigenze biomediche.

Research

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