In de regeneratieve tandheelkunde groeit de interesse in hydrogelen, i.e. zachte, water bevattende materialen die het lichaam kunnen ondersteunen bij het herstel van weefsels. Vooral gelatine gebaseerde hydrogelen zijn veelbelovend. Gelatine is afkomstig van collageen en is van nature biocompatibel en biologisch afbreekbaar. Om een injecteerbare hydrogel te formuleren die bij kamertemperatuur vloeibaar blijft, kan visgelatine worden gebruikt als alternatief voor standaardgelatine van dierlijke oorsprong. Omdat visgelatine een lagere gelering- en smelttemperatuur heeft, blijft visgelatine bij kamertemperatuur vloeibaar, wat het bijzonder geschikt maakt als injecteerbare hydrogel.
Door lichtgevoelige groepen te introduceren op gelatine, kunnen hydrogelen ontwikkeld worden met aanpasbare eigenschappen. Twee veel bestudeerde varianten zijn gelatine-methacryloyl (GelMA) en gelatine-norborneen (GelNB). GelMA vormt netwerken via keten-groei polymerisatie, waarbij lange moleculaire ketens zich aan elkaar verbinden en een gel vormen. Het wordt vaak gebruikt, maar het resulterende netwerk is heterogeen en het proces genereert vrije radicalen, wat performantie bij geneesmiddelenafgifte en/of celencapsulatie kan compromitteren. GelNB daarentegen gaat gepaard met stap-groei polymerisatie via thiol-een “click”-chemie wat resulteert in meer uniforme netwerken welke niet gepaard gaan met zuurstofinhibitie.
Conventionele lichtbronnen die gebruikt worden voor hydrogel-‘crosslinking’ zijn gesitueerd in het UV-bereik, wat schadelijk kan zijn voor omliggende weefsels en cellen. Een veiliger alternatief zijn dentale uithardingslampen die licht uitzenden in het zichtbare spectrum (400–700 nm). Lopend onderzoek aan de Universiteit Gent richt zich daarom op fotoinitiatoren die effectief zijn onder zichtbaar (blauw) licht. Twee veelbelovende systemen in deze context zijn lithium fenyl-2,4,6-trimethylbenzoylfosfinaat (LAP) en het ruthenium/SPS-complex gesynthetiseerd door de vakgroep van professor Khoon van Sydney University.
Om te begrijpen hoe hydrogelen zich vormen in aanwezigheid van deze fotoinitiatoren onder blauw licht, wordt in-situ reologie gebruikt, een techniek die veranderingen in de mechanische eigenschappen van een materiaal volgt tijdens het vernettingsproces. Zo kan worden vergeleken hoe snel GelMA en GelNB uitharden, en wat hun potentieel is in dentale toepassingen.
Figuur 1: Reologie-grafieken van vernetting van GelMA en GelNB in aanwezigheid van 0,5% LAP, succesvolle vernetting wordt vastgesteld wanneer de opslagmodulus groter wordt dan de verliesmodulus van het materiaal. GelNB vernet sneller dan GelMA.
Figuur 2: Reologie-grafieken van vernetting van GelMA en GelNB in aanwezigheid van 0,1/7,5 mM Ru/SPS, succesvolle vernetting wordt vastgesteld wanneer de opslagmodulus groter wordt dan de verliesmodulus van het materiaal.
Met in-situ reologie werd bevestigd dat zowel GelMA als GelNB succesvol konden crosslinken in aanwezigheid van LAP of het ruthenium/SPS initiator-systeem. Beide initiatoren resulteerden in stabiele hydrogelen onder licht in een range van 400-500nm, wat hun effectiviteit aantoont. Echter, bij gebruik van een standaard dentale lamp was enkel het ruthenium/SPS-systeem succesvol. Voor dentale toepassingen in de praktijk zal bijgevolg verder gewerkt worden met ruthenium/SPS als initiator in de injecteerbare hydrogelen.
Met in-situ reologie werd bevestigd dat zowel GelMA als GelNB succesvol konden crosslinken in aanwezigheid van LAP of het ruthenium/SPS initiator-systeem. Beide initiatoren resulteerden in stabiele hydrogelen onder licht in een range van 400-500nm, wat hun effectiviteit aantoont. Echter, bij gebruik van een standaard dentale lamp was enkel het ruthenium/SPS-systeem succesvol. Voor dentale toepassingen in de praktijk zal bijgevolg verder gewerkt worden met ruthenium/SPS als initiator in de injecteerbare hydrogelen.
Door de vernettingsdichtheid en degradatie verder te sturen, kunnen systemen worden ontworpen die geleidelijk antibiotica of ontstekingsremmers (dexamethasone) afgeven aan het omliggende weefsel. GelMA ondersteunt meestal een langere, minder gecontroleerde afgifte, terwijl GelNB een precieze, voorspelbare afgifte toelaat, beide met unieke voordelen afhankelijk van de behandelingsbehoefte. Of het nu gaat om celtherapie of geneesmiddelenafgifte, gelatinehydrogelen brengen ons dichter bij slimmere, minder invasieve dentale behandelingen—therapieën die niet alleen herstellen, maar het weefsel actief helpen genezen.
