Tunable biomimetic materials elaborated by ice templating and self-assembly of collagen for tubular tissue engineering

纤维发生 材料科学 细胞外基质 组织工程 多孔性 纳米技术 纳米地形 桥接(联网) 生物医学工程 纤维 生物物理学 化学 复合材料 计算机科学 生物 工程类 生物化学 计算机网络
作者
Isabelle Martinier,Florian Fage,Alshaba Kakar,Alessia Castagnino,Emeline Saindoy,Joni Frederick,Ilaria Onorati,Valérie Besnard,Abdul I. Barakat,Nicolas Dard,Emmanuel Martinod,Carole Planès,Léa Trichet,Francisco M. Fernandes
标识
DOI:10.1101/2023.08.30.555553
摘要

Synthetic tubular grafts currently used in clinical context fail frequently, and the expectations that biomimetic materials could tackle these limitations are high. However, developing tubular materials presenting structural, compositional and functional properties close to those of native tissues remains an unmet challenge. Here we describe a combination of ice templating and topotactic fibrillogenesis of type I collagen, the main component of tissues’ extracellular matrix, yielding highly concentrated yet porous tubular collagen materials with controlled hierarchical architecture at multiple length scales, the hallmark of native tissues’ organization. By modulating the thermal conductivity of the cylindrical molds, we tune the macroscopic porosity defined by ice. Coupling the aforementioned porosity patterns with two different fibrillogenesis routes results in a new family of materials whose textural features and the supramolecular arrangement of type I collagen are achieved. The resulting materials present hierarchical elastic properties and are successfully colonized by human endothelial cells and alveolar epithelial cells on the luminal side, and by human mesenchymal stem cells on the external side. The results reported here demonstrate the relevance of the proposed straightforward protocol, likely to be adapted for larger graft sizes, to address ever-growing clinical needs such as peripheral arterial disease or tracheal and bronchial reconstructions.
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