パターン化されたヒドロゲル界面の作製架橋とバイオコンジュゲーションのための二重目的ハンドルとしてマレイミド基を利用している

Fabrication of Patterned Hydrogel Interfaces: Exploiting the Maleimide Group as a Dual Purpose Handle for Cross-Linking and Bioconjugation.

• Nergiz Cengiz
• Tugce Nihal Gevrek
• Rana Sanyal
• Amitav Sanyal

抄録

このような機能性ヒドロゲルは、簡便な製造方法で得られ、その後、試薬を使用しない方法で修飾することができるため、センシングや診断のようなバイオメディカルアプリケーションには不可欠な材料である。ここでは、マレイミド官能基を側鎖に持つ高分子前駆体を用いて、新規なハイドロゲルプラットフォームを得ることができる。マレイミド基は、機能性ヒドロゲルの作製において二重の役割を果たす。マレイミド基は、ポリマーの光化学的架橋を可能にし、バルクおよびパターン化されたヒドロゲルを得ることができる。さらに、マレイミド基は、チオール-マレイミド共役やディールス-アルダー環化付加クリック反応を用いた効率的な機能化のためのハンドルとして使用することができる。得られたヒドロゲルは、その形態、吸水能力、機能化の観点から特徴づけられている。フォトマスクを用いて紫外線を照射することで反応性のあるマイクロパターンのハイドロゲルが得られ、蛍光色素や生理活性リガンドなどのチオールを含む機能性分子で処理することで容易に官能化される。また、マレイミド基はディールス-アルダー反応を介して共役化され、付加された分子はレトロディールス-アルダー反応を介して熱処理することで放出される。これらのヒドロゲルマイクロパターンの抗微生物性は、ストレプトアビジンコートされた量子ドットの付着によって実証されたように、効率的なリガンド指向の生体分子の固定化を可能にします。

Functional hydrogels that can be obtained through facile fabrication procedures and subsequently modified using straightforward reagent-free methods are indispensable materials for biomedical applications such as sensing and diagnostics. Herein a novel hydrogel platform is obtained using polymeric precursors containing the maleimide functional group as a side chain. The maleimide groups play a dual role in fabrication of functional hydrogels. They enable photochemical cross-linking of the polymers to yield bulk and patterned hydrogels. Moreover, the maleimide group can be used as a handle for efficient functionalization using the thiol-maleimide conjugation and Diels-Alder cycloaddition click reactions. Obtained hydrogels are characterized in terms of their morphology, water uptake capacity, and functionalization. Micropatterned hydrogels are obtained under UV-irradiation using a photomask to obtain reactive micropatterns, which undergo facile functionalization upon treatment with thiol-containing functional molecules such as fluorescent dyes and bioactive ligands. The maleimide group also undergoes conjugation through the Diels-Alder reaction, where the attached molecule can be released through thermal treatment via the retro Diels-Alder reaction. The antibiofouling nature of these hydrogel micropatterns enables efficient ligand-directed biomolecular immobilization, as demonstrated by attachment of streptavidin-coated quantum dots.