Association behavior of hydrophobically modified copolymers in aqueous medium

Abstract

In the past years stem cells have been recognized as a promising source to treat a wide spectrum of human diseases. Stem cell fate of adult stem cells is mainly controlled by the stem cell microenvironment which is also called a stem cell niche. The stem cell niche is composed of the extracellular matrix (ECM), other small molecules and other cells. The extracellular matrix provides the scaffold for cell adhesion and therefore biochemical and biophysical aspects of the ECM have a huge influence on stem cell fate. Five types of hydrophobically modified (HM) copolymers have been investigated in this work that are able to form physical hydrogel networks with tunable stiffness to mimic the natural extracellular matrix of adult stem cells. The first group was composed of N,N’- dimethylacrylamide (DMAM) and lauryl methacrylate (LMA) (1.25 to 10 mol %) or stearyl methacrylate (SMA) (1.25 to 2.5 mol %). These copolymers served as water-soluble, neutral reference copolymers. The second copolymer group contained an additional cationic monomer, the third group an additional zwitterionic monomer, the fourth group a RGD-peptidefunctionalized monomer and the last group mono and polyunsaturated fatty acids. These copolymers were synthesized by free radical polymerization and the solution and gel -like properties investigated and compared by rheology measurements.

In den vergangenen Jahren wurden Stammzellen als vielversprechende Quelle für die Behandlung eines breiten Spektrums menschlicher Erkrankungen angesehen. Das Schicksal von adulten Stammzellen wird hauptsächlich durch die Mikroumgebung der Stammzelle gesteuert, die auch Stammzellennische genannt wird. Die Stammzellnische besteht aus der extrazellulären Matrix (EZM), anderen kleinen Molekülen und weiteren Zellen. Die extrazelluläre Matrix ist das Gerüst für die Zelladhäsion. Daher haben biochemische und biophysikalische Aspekte des EZM einen großen Einfluss auf das Schicksal der Stammzellen. In dieser Arbeit wurden fünf Arten von hydrophob modifizierten (HM)-Copolymeren untersucht, die in der Lage sind, physikalische Hydrogelnetzwerke mit einstellbarer Festigkeit zu bilden, um die natürliche, extrazelluläre Matrix von adulten Stammzellen nachzuahmen. Die erste Gruppe bestand aus N,N'-Dimethylacrylamid (DMAM) und Laurylmethacrylat (LMA) (1,25 bis 10 Mol-%) oder Stearylmethacrylat (SMA) (1,25 bis 2,5 Mol-%). Diese Copolymere dienten als wasserlösliche, neutrale Referenzcopolymere. Die zweite Copolymergruppe enthielt ein zusätzliches kationisches Monomer, die dritte Gruppe ein zusätzliches zwitterionisches Monomer, die vierte Gruppe ein RGD-Peptid-funktionalisiertes Monomer und die letzte Gruppe einfach und mehrfach ungesättigte Fettsäuren. Diese Copolymere wurden durch radikalische Polymerisation synthetisiert und die Eigenschaften in Lösung bzw. im Gel durch Rheologiemessungen untersucht und miteinander verglichen.