Computational-Based Design of Hydrogels with Predictable Mesh Properties.
Computational-Based Design of Hydrogels with Predictable Mesh Properties.
复制标题
DOI：
10.1021/acsbiomaterials.9b01520
复制
发表时间：
2020-01-13
影响因子：
5.8
通讯作者：
Silva EA
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Campbell KT;Wysoczynski K;Hadley DJ;Silva EA
水凝胶系统是一类有吸引力的治疗递送载体，尽管设计保持治疗货物的期望时空呈现的水凝胶可能是具有挑战性的。在这项工作中，我们提出了一种不同的方法，其中开发了计算工具，创建了水凝胶聚合物网络的理论表示，以设计具有预定义网格特性的水凝胶，这些特性对于控制治疗药物的递送至关重要。我们假设并证实，计算模型可以将海藻酸盐聚合物的性质，包括聚合物含量，单体组成和聚合物链半径，以准确地预测交联密度和网格大小的广泛的海藻酸盐水凝胶。此外，模拟提供了一个强大的战略，以确定网格尺寸分布和确定的属性，以控制藻酸盐水凝胶的网格尺寸。此外，该模型针对另外的水凝胶系统进行了验证，并且提供了与针对纤维蛋白和聚乙二醇（PEG）水凝胶两者确定的网格尺寸的高度相关性（R2 > 0.95）。最后，结合计算模型使用的全析因和Box-Behnken实验设计（DOE）方法预测，通过控制聚合物网络的性质，水凝胶的网格尺寸可以在约5 nm至5 μm之间变化。总的来说，这种水凝胶聚合物网络的计算模型提供了一种快速和可访问的策略来预测水凝胶网格特性，并最终设计具有潜在治疗应用所需网格特性的水凝胶系统。
Hydrogel systems are an appealing class of therapeutic delivery vehicles, though it can be challenging to design hydrogels that maintain desired spatiotemporal presentation of therapeutic cargo. In this work, we propose a different approach in which computational tools are developed that creates a theoretical representation of the hydrogel polymer network to design hydrogels with predefined mesh properties critical for controlling therapeutic delivery. We postulated and confirmed that the computational model could incorporate properties of alginate polymers, including polymer content, monomer composition and polymer chain radius, to accurately predict cross-link density and mesh size for a wide range of alginate hydrogels. Additionally, the simulations provided a robust strategy to determine the mesh size distribution and identified properties to control the mesh size of alginate hydrogels. Furthermore, the model was validated for additional hydrogel systems and provided a high degree of correlation (R2 > 0.95) to the mesh sizes determined for both fibrin and polyethylene glycol (PEG) hydrogels. Finally, a full factorial and Box-Behnken design of experiments (DOE) approach utilized in combination with the computational model predicted that the mesh size of hydrogels could be varied from approximately 5 nm to 5 μm through controlling properties of the polymer network. Overall, this computational model of the hydrogel polymer network provides a rapid and accessible strategy to predict hydrogel mesh properties and ultimately design hydrogel systems with desired mesh properties for potential therapeutic applications.
登录
查看更多内容
DOI：
10.3390/molecules14083003
发表时间：
2009-08-12
期刊：
Molecules (Basel, Switzerland)
影响因子：
--
作者：
Grassi M;Sandolo C;Perin D;Coviello T;Lapasin R;Grassi G
通讯作者：
Grassi G
影响因子：
3.7
作者：
Campbell KT;Hadley DJ;Kukis DL;Silva EA
通讯作者：
Silva EA
影响因子：
2.1
作者：
Hagel, Valentin;Haraszti, Tamas;Boehm, Heike
通讯作者：
Boehm, Heike
影响因子：
3.4
作者：
Abrami, Michela;D'Agostino, Ilenia;Grassi, Mario
通讯作者：
Grassi, Mario
影响因子：
4.9
作者：
Beamish, Jeffrey A.;Zhu, Junmin;Marchant, Roger E.
通讯作者：
Marchant, Roger E.