Characterization of protein release from poly (ethylene glycol) hydrogels with permeability gradients

Abstract

PEGDA [poli(etilen glikol)] sujelleri biyotıp, biyoteknoloji ve membran bilimleri gibi bir çok alanda biyouyumlu, serçici geçirgen olmaları, toksik olmamaları ve değiştirilebilir özelliklere sahip olmalarından dolayı taşıyıcı ve/veya destekleyici yapı iskeleleri olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada, PEG sujellerinin fiziksel özellikleri PEGDA monomerinin moleküler ağırlığına ve konsantrasyonuna bağlı olarak control edildi ve bu tür değişikliklerin protein salımına ve hücre uyumluluğuna etkisi incelendi. Bu amaçla, ilk aşamada, PEG sujelleri yüzeyden başalayan fotopolimerizasyon ile oluşturuldu ve su alımı deneyleri yapıldı. Elde edilen veriler kütlesel ve hacimsel su alımı, çapraz bağlar arasındaki moleküler ağırlık ve por boyutunu hesaplamak icin kullanıldı. Fiziksek özellikler ile PEGDA konsantrasyonu arasında ters ilişki elede edildi. Ayrıca, PEGDA'nın moleküler ağırlığının fiziksel özellikleri olumlu yönde etkiledigi gözlendi. Bir sonraki aşamada, BSA ve GLP1 (9-37) yüzeyden başlayan fotopolimerizasyon ile oluşturulan PEG sujelinden fiziksel olarak hapsedilmiş moleküllerin salım davaranışını inclemek icin model biyomoleküller olarak kullanıldı. Difüzyon deneyleri BSA ve GLP1 (9-37)'nin PEG sujellerden çözünen madde büyüklüğü ve moleküler ağırlığı, su alım miktarı ve por boyutu gibi hem çözünen madde hem de ağ özelliklerine bağlı olarak salınabileceğini gösterdi. Son bölümde, RGDS içeren ve içermeyen PEG sujelleri, uygulanan sistemin hücre uyumluluğunu test etmek için kullanıldı. Bu sistemin fibrablast yaşayabilirliğini PEGDA moleküler ağırlığı ve konsantrasyonuna bağlı olmadan destekleyebileceği gösterildi. Sonuç olarak, bu çalışmada elde edilen PEG sujelleri biyoaktif moleküllerin kontrollü salımı ve hücresel çalışmalarda kullanılabilir.

PEG [poly(ethylene glycol)] hydrogels have been applied as carriers and/or supporting scaffolds in many areas including biomedicine, biotechnology and membrane science due to their biocompatibility, nontoxicity, permselectivity and tunable properties. In this study, physical properties of PEG hydrogels were tuned by molecular weight and concentration of PEGDA monomer in the resulting hydrogel network and effect of such changes on protein release and cytocompatibility were investigated. For this purpose, in the first step, PEG hydrogels were formed by surface initiated photopolymerization and swelling experiments were performed. Obtained data were used to estimate physical properties including mass and volumetric swelling ratio, molecular weight between crosslinks and mesh size. The inverse relations between physical properties and concentration of PEGDA were obtained. Further, it was concluded that PEGDA molecular weight positively regulates physical properties. In the following step, BSA and GLP-1 (9-37) were used as model biomolecules to get insight into the release behavior of physically entrapped molecules from PEG hydrogel formed by surface initiated photopolymerization. The diffusion experiments showed that BSA and GLP 1(9-37) can be released from PEG hydrogels depending on both solute and network properties such as solute size and molecular weight, swelling ratio and mesh size. In the last part, hydrogels with or without RGDS functionality were synthesized to determine cytocompatibility of the applied system. It was showed that this system can support fibroblast viability regardless of molecular weight and concentration of PEGDA. In conclusion, PEG hydrogels synthesized here are applicable for controlled release of bioactive molecules and cell based studies.