Photoabbaubare Hydrogele auf Cumarin‐Basis ermöglichen die Zwei‐Photonen kontrollierte subtraktive Biofabrikation bei 300 mm s−1

Abstract

AbstractDer Raum‐Zeit kontrollierte Zwei‐Photonen‐Abbau von Hydrogelen findet zunehmend Beachtung für hochaufgelöstes subtraktives tissue engineering. Übliche photolabile Hydrogele weisen jedoch unter Zwei‐Photonen‐Anregung mit Licht im nahen Infrarot‐Bereich nur eine geringe Effizienz auf und benötigen daher eine sehr hohe Laserleistungen, die die Zellaktivität beeinträchtigen können. Folglich stellt der schnelle Zwei‐Photonen‐Abbau von Hydrogelen in Gegenwart von Zellen immer noch eine grosse Herausforderung dar. In dieser Arbeit wird ein neues Konzept und die Synthese von effizient photoabbaubaren auf Cumarin basierenden Hydrogelen vorgestellt, um diese Einschränkung zu überwinden. Es wurde eine Reihe von photolabilen, Cumarin‐funktionalisierten Glycol‐Linker über eine Passerini‐Multikomponenten‐Reaktion hergestellt. Nach Zugabe von Thiol‐substituierter Hyaluronsäure zu diesen Linkern wurden in situ über eine Michael‐Reaktion halb‐synthetische, photoabbaubare Hydrogele erhalten. Die Effizienz des Photoabbaus dieser Hydrogele unter Zwei‐Photonen‐Bestrahlung eines 780 nm Lasers ist deutlich höher als diejenige der bisher bekannten, mit Nitrobenzyl‐Gruppen substituierten analogen Hydrogelen. Dies ermöglicht es, ein komplexes mikrofluidisches Netzwerk, das die Mikroarchitektur von Knochen nachahmt, mit hohen Geschwindigkeiten von bis zu 300 mm s−1 und einer geringen Laserleistung bis zu nur 10 mW herzustellen. Schliesslich konnte gezeigt werden, dass das schnelle Zwei‐Photonen‐Drucken von hohlen Mikrokanälen im Hydrogel zur räumlich‐zeitlichen Kontrolle der Zellmigration in dreidimensionalen Systemen genutzt werden kann Diese Hydrogele ermöglichen daher neue Wege zum schnellen, Laser‐gesteuerten Gewebe‐Engineering mit hoher räumlicher Auflösung.