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Design and evaluation of a bilayered dermal/hypodermal 3D model using a biomimetic hydrogel formulation - 23/07/24

Doi : 10.1016/j.biopha.2024.117051 
Carlos Chocarro-Wrona a, b, c, d, e, Julia López de Andrés a, b, c, d, e, Pablo Rioboó-Legaspi a, b, c, d, e, Paula Pleguezuelos-Beltrán a, b, c, d, e, Cristina Antich a, b, c, d, e, f, Juan De Vicente d, g, Patricia Gálvez-Martín h, , Elena López-Ruiz a, b, d, e, i, , Juan Antonio Marchal a, b, c, d, e,
a Biopathology and Regenerative Medicine Institute (IBIMER), Center for Biomedical Research (CIBM), University of Granada, Granada 18016, Spain 
b Instituto de Investigación Biosanitaria ibs.GRANADA, University Hospitals of Granada, University of Granada, Granada 18012, Spain 
c Department of Human Anatomy and Embryology, Faculty of Medicine, University of Granada, Granada 18016, Spain 
d Excellence Research Unit “Modeling Nature” (MNat), University of Granada, Granada 18016, Spain 
e BioFab i3D, Biofabrication and 3D (bio)printing laboratory, Granada 18016, Spain 
f National Center for Advancing Translational Sciences, National Institute of Health, Rockville, MD 28050, United States 
g F2N2Lab, Magnetic Soft Matter Group, Department of Applied Physics, Faculty of Sciences, University of Granada, Granada 18071, Spain 
h R&D Animal and Human Health, Bioibérica S.A.U., Barcelona 08950, Spain 
i Department of Health Sciences, University of Jaén, Jaén 23071, Spain 

Correspondence to: Calle Antic Cami de Tordera 109, 08389, Palafolls, Barcelona, Spain.Calle Antic Cami de Tordera 109, 08389, PalafollsBarcelonaSpain⁎⁎Correspondence to: Department of Health Sciences, Campus de las Lagunillas S/N, University of Jaén, Jaén 23071, Spain.Department of Health Sciences, Campus de las Lagunillas S/N, University of JaénJaén23071Spain⁎⁎⁎Correspondence to: Department of Human Anatomy and Embryology, Faculty of Medicine, Avda. De La Investigación 11, University of Granada, Granada 18016, SpainDepartment of Human Anatomy and Embryology, Faculty of Medicine, Avda. De La Investigación 11, University of GranadaGranada18016Spain

Abstract

Due to the limitations of the current skin wound treatments, it is highly valuable to have a wound healing formulation that mimics the extracellular matrix (ECM) and mechanical properties of natural skin tissue. Here, a novel biomimetic hydrogel formulation has been developed based on a mixture of Agarose-Collagen Type I (AC) combined with skin ECM-related components: Dermatan sulfate (DS), Hyaluronic acid (HA), and Elastin (EL) for its application in skin tissue engineering (TE). Different formulations were designed by combining AC hydrogels with DS, HA, and EL. Cell viability, hemocompatibility, physicochemical, mechanical, and wound healing properties were investigated. Finally, a bilayered hydrogel loaded with fibroblasts and mesenchymal stromal cells was developed using the Ag-Col I-DS-HA-EL (ACDHE) formulation. The ACDHE hydrogel displayed the best in vitro results and acceptable physicochemical properties. Also, it behaved mechanically close to human native skin and exhibited good cytocompatibility. Environmental scanning electron microscopy (ESEM) analysis revealed a porous microstructure that allows the maintenance of cell growth and ECM-like structure production. These findings demonstrate the potential of the ACDHE hydrogel formulation for applications such as an injectable hydrogel or a bioink to create cell-laden structures for skin TE.

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Graphical Abstract




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Highlights

New hydrogel formulation based on native skin extracellular matrix components.
The formulation promotes cell viability and enhances in vitro wound healing.
Biofabrication of a bilayered dermal/hypodermal 3D model.
The model achieves biomimetic mechanical and biological properties similar to skin.

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Abbreviations : AC, AClow, ACD, ACDH, ACDHE, ADIPOQ, Ag, AU, Col I, CTG, CTR, DHE, DMEM, DS, ECM, EGF, EL, EMA, ESEM, EthD-1, FABP, FBS, FDA, GAGs, GAPDH, HA, HDFs, HMSCs, IL-1α, IL-1β, IGF, KGF, LEP, MRNA, PBS, PPARG, QPCR, RT, SD, SDF-1, TNF-α, TE, VEGF

Keywords : Bilayer hydrogel, Bioink, Biomaterials, Regenerative medicine, Skin substitutes, Biofabrication


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Vol 177

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