Smart/stimuli-responsive hydrogels: Cutting-edge platforms for tissue engineering and other biomedical applications

Récemment, la biomédecine et la régénération tissulaire sont apparues comme de grandes avancées qui ont eu un impact sur le spectre des soins de santé. Cela a laissé la porte ouverte à une amélioration supplémentaire de leurs applications pour revitaliser les tissus altérés. Par conséquent, en rétablissant leurs fonctions. La mise en œuvre de protocoles thérapeutiques qui fusionnent les échafaudages biomimétiques, les molécules bioactives et les cellules joue un rôle central dans cette voie. Les hydrogels intelligents/sensibles aux stimuli sont des bioscaffolds tridimensionnels (3D) remarquables destinés à l'ingénierie tissulaire et à d'autres fins biomédicales. Ils peuvent simuler les caractères physico-chimiques, mécaniques et biologiques des tissus innés. En outre, ils fournissent les conditions aqueuses pour la croissance cellulaire, soutiennent la conformation 3D, assurent la stabilité mécanique des cellules et servent de puissantes matrices d'administration pour les molécules bioactives. De nombreux polymères naturels et artificiels ont été largement utilisés pour concevoir ces plates-formes intelligentes avec de nouvelles caractéristiques avancées et des fonctionnalités adaptées à ces applications. Dans la présente revue, nous avons mis en évidence les différents types d'hydrogels intelligents/sensibles aux stimuli en mettant l'accent sur leur schéma de synthèse. Par ailleurs, les mécanismes de leur réactivité à différents stimuli ont été élaborés. Leur potentiel pour les applications d'ingénierie tissulaire a été discuté. En outre, leur exploitation dans d'autres applications biomédicales en tant qu'administration ciblée de médicaments, biocapteurs intelligents, actionneurs, impression 3D et 4D et culture cellulaire 3D a été décrite. De plus, nous avons mis en lumière les hydrogels intelligents auto-réparateurs et leurs applications en biomédecine. Finalement, nous avons présenté leurs perceptions futures dans des applications biomédicales et de régénération tissulaire. En conclusion, les progrès actuels dans la conception d'hydrogels intelligents/sensibles aux stimuli améliorent leur capacité à fonctionner comme des systèmes intelligents et sophistiqués dans différentes applications biomédicales.

Recientemente, la biomedicina y la regeneración de tejidos han surgido como grandes avances que impactaron en el espectro de la atención médica. Esto dejó la puerta abierta para mejorar aún más sus aplicaciones para revitalizar los tejidos dañados. De ahí la restauración de sus funciones. La implementación de protocolos terapéuticos que fusionan andamios biomiméticos, moléculas bioactivas y células juega un papel fundamental en este camino. Los hidrogeles inteligentes/sensibles a estímulos son notables bioestructuras tridimensionales (3D) destinadas a la ingeniería de tejidos y otros fines biomédicos. Pueden simular los caracteres fisicoquímicos, mecánicos y biológicos de los tejidos innatos. Además, proporcionan las condiciones acuosas para el crecimiento celular, apoyan la conformación 3D, proporcionan estabilidad mecánica a las células y sirven como potentes matrices de suministro para moléculas bioactivas. Muchos polímeros naturales y artificiales se utilizaron ampliamente para diseñar estas plataformas inteligentes con características avanzadas novedosas y funcionalidades personalizadas que se adaptan a dichas aplicaciones. En la presente revisión, destacamos los diferentes tipos de hidrogeles inteligentes/sensibles a estímulos con énfasis en su esquema de síntesis. Además, se elaboraron los mecanismos de su capacidad de respuesta a diferentes estímulos. Se discutió su potencial para aplicaciones de ingeniería de tejidos. Además, se esbozó su explotación en otras aplicaciones biomédicas como la administración dirigida de fármacos, biosensores inteligentes, actuadores, impresión 3D y 4D y cultivo celular en 3D. Además, arrojamos luz sobre los hidrogeles inteligentes autorreparables y sus aplicaciones en biomedicina. Finalmente, presentamos sus percepciones futuras en aplicaciones biomédicas y de regeneración de tejidos. En conclusión, el progreso actual en el diseño de hidrogeles inteligentes/sensibles a estímulos mejora su potencial para funcionar como sistemas inteligentes y sofisticados en diferentes aplicaciones biomédicas.

Recently, biomedicine and tissue regeneration have emerged as great advances that impacted the spectrum of healthcare. This left the door open for further improvement of their applications to revitalize the impaired tissues. Hence, restoring their functions. The implementation of therapeutic protocols that merge biomimetic scaffolds, bioactive molecules, and cells plays a pivotal role in this track. Smart/stimuli-responsive hydrogels are remarkable three-dimensional (3D) bioscaffolds intended for tissue engineering and other biomedical purposes. They can simulate the physicochemical, mechanical, and biological characters of the innate tissues. Also, they provide the aqueous conditions for cell growth, support 3D conformation, provide mechanical stability for the cells, and serve as potent delivery matrices for bioactive molecules. Many natural and artificial polymers were broadly utilized to design these intelligent platforms with novel advanced characteristics and tailored functionalities that fit such applications. In the present review, we highlighted the different types of smart/stimuli-responsive hydrogels with emphasis on their synthesis scheme. Besides, the mechanisms of their responsiveness to different stimuli were elaborated. Their potential for tissue engineering applications was discussed. Furthermore, their exploitation in other biomedical applications as targeted drug delivery, smart biosensors, actuators, 3D and 4D printing, and 3D cell culture were outlined. In addition, we threw light on smart self-healing hydrogels and their applications in biomedicine. Eventually, we presented their future perceptions in biomedical and tissue regeneration applications. Conclusively, current progress in the design of smart/stimuli-responsive hydrogels enhances their prospective to function as intelligent, and sophisticated systems in different biomedical applications.

في الآونة الأخيرة، ظهر الطب الحيوي وتجديد الأنسجة كتقدم كبير أثر على طيف الرعاية الصحية. ترك هذا الباب مفتوحًا لمزيد من التحسين في استخداماتها لتنشيط الأنسجة الضعيفة. وبالتالي، استعادة وظائفهم. يلعب تنفيذ البروتوكولات العلاجية التي تدمج السقالات الحيوية والجزيئات النشطة بيولوجيًا والخلايا دورًا محوريًا في هذا المسار. الهلاميات المائية الذكية/المستجيبة للمحفزات هي سقالات حيوية ثلاثية الأبعاد (3D) رائعة مخصصة لهندسة الأنسجة وغيرها من الأغراض الطبية الحيوية. يمكنها محاكاة الصفات الفيزيائية الكيميائية والميكانيكية والبيولوجية للأنسجة الفطرية. كما أنها توفر الظروف المائية لنمو الخلايا، وتدعم التشكل ثلاثي الأبعاد، وتوفر الاستقرار الميكانيكي للخلايا، وتعمل كمصفوفات توصيل قوية للجزيئات النشطة بيولوجيًا. تم استخدام العديد من البوليمرات الطبيعية والاصطناعية على نطاق واسع لتصميم هذه المنصات الذكية بخصائص متقدمة جديدة ووظائف مصممة خصيصًا تناسب مثل هذه التطبيقات. في المراجعة الحالية، سلطنا الضوء على الأنواع المختلفة من الهلاميات المائية الذكية/المستجيبة للمحفزات مع التركيز على مخطط التوليف الخاص بها. إلى جانب ذلك، تم تطوير آليات استجابتها للمحفزات المختلفة. ونوقشت إمكاناتها لتطبيقات هندسة الأنسجة. علاوة على ذلك، تم توضيح استغلالها في التطبيقات الطبية الحيوية الأخرى مثل توصيل الأدوية المستهدفة، وأجهزة الاستشعار الحيوية الذكية، والمشغلات، والطباعة ثلاثية الأبعاد ورباعية الأبعاد، وزراعة الخلايا ثلاثية الأبعاد. بالإضافة إلى ذلك، ألقينا الضوء على الهلاميات المائية الذكية ذاتية الشفاء وتطبيقاتها في الطب الحيوي. في النهاية، قدمنا تصوراتهم المستقبلية في تطبيقات الطب الحيوي وتجديد الأنسجة. بشكل قاطع، يعزز التقدم الحالي في تصميم الهلاميات المائية الذكية/المستجيبة للمحفزات آفاقها لتعمل كنظم ذكية ومتطورة في التطبيقات الطبية الحيوية المختلفة.