Preparação de hidrogéis multifuncionais com grupos isotiourônio acessíveis via cruzamento radical

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 10361 (2023) Citar este artigo

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Os hidrogéis podem ser equipados com grupos funcionais para fins específicos. Os grupos isotiourônio podem aumentar a adsortividade ou permitir o acoplamento de outros grupos funcionais através de reações suaves após a transformação em grupos tiol. Aqui apresentamos um método para preparar hidrogéis multifuncionais através da introdução de grupos isotiourônio em hidrogéis de poli(etilenoglicol) diacrilato (PEGDA) e convertê-los em hidrogéis funcionalizados com tiol pela redução dos grupos isotiourônio. Para tanto, o monômero anfifílico brometo de 2-(11-(acriloiloxi)-undecil)isotiourônio (AUITB), contendo um grupo isotiourônio, foi sintetizado e copolimerizado com PEGDA. Desta forma conveniente, foi possível incorporar até 3% em peso de AUITB nos hidrogéis sem alterar o seu grau de inchaço de equilíbrio. O sucesso da funcionalização foi demonstrado pela análise superficial dos hidrogéis com medidas de ângulo de contato com água e aumento dos pontos isoelétricos das superfícies do hidrogel de 4,5 para 9,0 devido à presença dos grupos isotiourônio. Os hidrogéis mostraram-se adequados como adsorventes, como exemplificado pela pronunciada adsorção do fármaco aniônico diclofenaco. O potencial da funcionalização para reações de (bio) conjugação foi demonstrado pela redução de grupos isotiourônio a tióis e subsequente imobilização da enzima funcional peroxidase de rábano nos hidrogéis. Os resultados mostram que grupos isotiourônio totalmente acessíveis podem ser introduzidos em hidrogéis radicalmente reticulados.

Os hidrogéis são extensivamente examinados nas áreas de engenharia de tecidos1,2,3, distribuição de medicamentos4,5,6 ou para (bio)sensores7,8,9. Eles são compostos por uma rede polimérica insolúvel que incha em meio aquoso10. A funcionalidade do hidrogel, assim como seu comportamento de intumescimento, geralmente resulta de uma interação entre a rede polimérica e o meio de intumescimento. No entanto, uma maneira elegante de personalizar as propriedades do hidrogel é alterar a composição da rede polimérica ou a densidade e arquitetura das ligações cruzadas.

Uma classe proeminente de hidrogéis é baseada em poli(etilenoglicol) (PEG), frequentemente preparado por fotocura de diacrilato de PEG (PEGDA)5,14,15,16. Os hidrogéis resultantes são bioinertes e inibem a adsorção de proteínas17,18 bem como a adesão celular19,20. Com base nos requisitos das propriedades do hidrogel, a formação da rede polimérica pode ser influenciada pela massa molar ou concentração de PEGDA nas soluções precursoras do hidrogel, ou seja, antes da reticulação . Além disso, uma funcionalização de hidrogéis à base de PEG pode ser alcançada adicionando outras moléculas ou monômeros às soluções precursoras de hidrogel. Isso foi feito com sucesso antes, por exemplo, incluindo monômeros gerando um hidrogel polieletrólito . O monômero carregado positivamente cloreto de 2- (metacriloiloxi) etil trimetilamônio (MAETAC) foi incorporado em hidrogéis PEGDA por copolimerização . Em um estudo semelhante, o monômero de metalil sulfonato de sódio carregado negativamente (SMAS) foi usado para funcionalizar hidrogéis de PEGDA . Em ambos os estudos, foi observado aumento da adsorção de proteínas, adesão celular e proliferação nos hidrogéis funcionalizados em comparação com os hidrogéis não funcionalizados. Além de melhorar a compatibilidade celular, tais hidrogéis polieletrólitos têm outras vantagens e possíveis aplicações. Materiais polieletrólitos podem ser usados ​​para adsorver moléculas de carga oposta por interação eletrostática ou troca iônica e podem ser aplicados, por exemplo, na purificação de água25. A escolha do monômero e seu grupo funcional é crucial para o possível campo de aplicação do hidrogel.

Uma porção iônica particularmente interessante, que até agora tem sido negligenciada para a preparação de hidrogéis macroscópicos, é o grupo isotiourônio. Propriedades notáveis ​​de sais de isotiourônio de baixa massa molar ou nanopartículas contendo isotiourônio, como atividade antitumoral26 ou efeitos antibacterianos27, foram relatadas anteriormente. Partículas funcionais de isotiourônio estão comercialmente disponíveis como adsorventes para íons de metais pesados ​​. O grupo isotiourônio é estável em ambientes aquosos ácidos a neutros e em contato com o ar e pode, portanto, ser adequado para ser adicionado diretamente a soluções precursoras de hidrogel.