Préparation d'hydrogels multifonctionnels avec des groupes isothiouronium accessibles par croisement radicalaire

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 10361 (2023) Citer cet article

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Les hydrogels peuvent être équipés de groupes fonctionnels à des fins spécifiques. Les groupes isothiouronium peuvent améliorer l'adsorptivité ou permettre le couplage d'autres groupes fonctionnels par le biais de réactions douces après transformation en groupes thiol. Nous présentons ici une méthode pour préparer des hydrogels multifonctionnels en introduisant des groupes isothiouronium dans des hydrogels de poly(éthylène glycol) diacrylate (PEGDA), et en les convertissant en hydrogels fonctionnalisés thiol par la réduction des groupes isothiouronium. À cette fin, le monomère amphiphile bromure de 2-(11-(acryloyloxy)-undécyl)isothiouronium (AUITB), contenant un groupe isothiouronium, a été synthétisé et copolymérisé avec du PEGDA. De cette manière pratique, il a été possible d’incorporer jusqu’à 3 % en poids d’AUITB dans les hydrogels sans modifier leur degré de gonflement à l’équilibre. La fonctionnalisation réussie a été démontrée par l'analyse de surface des hydrogels avec des mesures d'angle de contact avec l'eau et une augmentation des points isoélectriques des surfaces de l'hydrogel de 4,5 à 9,0 en raison de la présence des groupes isothiouronium. Les hydrogels se sont révélés appropriés en tant qu’adsorbants, comme en témoigne l’adsorption prononcée du médicament anionique diclofénac. Le potentiel de la fonctionnalisation pour les réactions de (bio)conjugaison a été démontré par la réduction des groupes isothiouronium en thiols et l'immobilisation ultérieure de l'enzyme fonctionnelle peroxydase de raifort sur les hydrogels. Les résultats montrent que des groupes isothiouronium entièrement accessibles peuvent être introduits dans des hydrogels radicalement réticulés.

Les hydrogels sont largement étudiés dans les domaines de l’ingénierie tissulaire1,2,3, de l’administration de médicaments4,5,6 ou pour les (bio)capteurs7,8,9. Ils sont constitués d’un réseau polymère insoluble gonflé en milieu aqueux10. La fonctionnalité de l'hydrogel, tout comme son comportement de gonflement, résulte généralement d'une interaction entre le réseau polymère et le milieu de gonflement11,12,13. Cependant, une manière élégante d’adapter les propriétés de l’hydrogel consiste à modifier la composition du réseau polymère ou la densité et l’architecture des liaisons croisées.

Une classe importante d'hydrogels est basée sur le poly(éthylène glycol) (PEG), souvent préparé par photodurcissement de diacrylate de PEG (PEGDA)5,14,15,16. Les hydrogels résultants sont bioinertes et inhibent l’adsorption des protéines17,18 ainsi que l’adhésion cellulaire19,20. En fonction des exigences relatives aux propriétés de l'hydrogel, la formation du réseau polymère peut être influencée par la masse molaire ou la concentration de PEGDA dans les solutions de précurseurs d'hydrogel, c'est-à-dire avant la réticulation21,22,23. De plus, une fonctionnalisation des hydrogels à base de PEG peut être obtenue en ajoutant d’autres molécules ou monomères aux solutions précurseurs d’hydrogel. Cela a déjà été fait avec succès, par exemple en incluant des monomères générant un hydrogel polyélectrolytique15,16,24. Le monomère chargé positivement, le chlorure de 2-(méthacryloyloxy)éthyltriméthylammonium (MAETAC) a été incorporé dans des hydrogels PEGDA par copolymérisation15. Dans une étude similaire, le méthallylsulfonate de sodium monomère chargé négativement (SMAS) a été utilisé pour fonctionnaliser les hydrogels PEGDA16. Dans les deux études, une augmentation de l’adsorption des protéines, de l’adhésion cellulaire et de la prolifération a été observée sur les hydrogels fonctionnalisés par rapport aux hydrogels non fonctionnalisés. En plus d’améliorer la compatibilité cellulaire, ces hydrogels polyélectrolytiques présentent d’autres avantages et applications possibles. Les matériaux polyélectrolytes peuvent être utilisés pour adsorber des molécules de charge opposée par interaction électrostatique ou échange d'ions et peuvent être appliqués, par exemple, dans la purification de l'eau25. Le choix du monomère et de son groupe fonctionnel est crucial pour le domaine d'application possible de l'hydrogel.

Un fragment ionique particulièrement intéressant, qui a jusqu’à présent été négligé pour la préparation d’hydrogels macroscopiques, est le groupe isothiouronium. Des propriétés remarquables des sels d’isothiouronium de faible masse molaire ou des nanoparticules contenant de l’isothiouronium, comme l’activité antitumorale26 ou les effets antibactériens27, ont déjà été rapportées. Les particules à fonctionnalité isothiouronium sont disponibles dans le commerce comme adsorbeurs pour les ions de métaux lourds28,29,30,31. Le groupe isothiouronium est stable dans les environnements aqueux acides à neutres et au contact de l'air et pourrait donc convenir pour être ajouté directement aux solutions précurseurs d'hydrogel.