本研究では、生体適合性に優れ、異物反応や血栓に対する抵抗性に優れた完全な双性イオン性二重ネットワークハイドロゲルを合成することで、生体適合性に優れ、異物反応や血栓に対する抵抗性に優れた二重ネットワークハイドロゲルの開発に成功した

Complete zwitterionic double network hydrogels with great toughness and resistance against foreign body reaction and thrombus.

• Kang-Ting Huang
• Pai-Shan Hsieh
• Lien-Guo Dai
• Chun-Jen Huang

抄録

従来の強靭なハイドロゲルは、耐荷重インプラント用に機械的特性を向上させることができるが、生体適合性の欠如がその応用の妨げとなっている。本研究では、反応性両性ポリマーを第一フレームワークとして用いることで、生体適合性の高いダブルネットワーク（DN）ハイドロゲルを開発するための新しい方法論を示した。膨潤したポリリジンアクリルアミド(PLysAA)ネットワークにツビテリオン性ポリスルホベタインアクリルアミド(PSBAA)を酸性またはアルカリ性溶液中で浸透させ、紫外線照射下で重合させることにより、強靭なDNヒドロゲルを形成した。このDNヒドロゲルは、生理的条件下で完全に双性イオン化することができ、従来の永久帯電型高分子電解質骨格を有するDNヒドロゲルと同等の機械的強度を有していました。さらに、バイオファウリング、細胞毒性、溶血を含むin vitro試験を実施し、完全な双性イオン化DNゲルの優れた生体適合性を示しました。ヒトの血液をチューブ状のDNゲルで循環させたところ、血栓形成はほとんど見られなかった。さらに、PLysAA/PSBAAハイドロゲルを皮下に移植したところ、炎症反応に対する優れた耐性と長期的なカプセル形成を示した。本研究では、生体適合性の高い強靭なDNハイドロゲルを合成し、異物反応を効果的に緩和することで、バイオメディカルインプラントの開発に大きな利益をもたらす新しい戦略を提示した。

Conventional tough hydrogels offer enhanced mechanical properties for load-bearing implants; however, their application is still hindered by a lack of biocompatibility. In this study, we demonstrate a new methodology for developing biocompatible double network (DN) hydrogels by using a responsive amphoteric polymer as a first framework. Tough DN hydrogels were formed by penetrating zwitterionic poly(sulfobetaine acrylamide) (PSBAA) into a swollen poly(lysine acrylamide) (PLysAA) network in an acidic or alkaline solution, and polymerizing under UV irradiation. The DN hydrogels were able to become zwitterionic entirely under physiological conditions, and possess excellent mechanical strength, comparable to conventional DN hydrogels with permanently charged polyelectrolyte frameworks. Additionally, in vitro studies including biofouling, cytotoxicity and hemolysis were conducted to show the superior biocompatibility of the complete zwitterionic DN hydrogels. After the circulation of human blood in tubular DN hydrogels, the zwitterionic DN gels displayed negligible thrombus formation. Furthermore, PLysAA/PSBAA hydrogels were implanted subcutaneously, showing excellent resistance against inflammatory response and long-term capsule formation. This work has presented a new strategy for synthesizing a biocompatible tough DN hydrogel to effectively mitigate the foreign body reaction to render great benefit for the development of biomedical implants.