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Genipin crosslinking promotes biomechanical reinforcement and pro-regenerative macrophage polarization in bioartificial tubular substitutes - 27/04/24

Doi : 10.1016/j.biopha.2024.116449 
Jone Berasain a, b, Paula Ávila-Fernández a, c, Rocío Cárdenas-Pérez a, b, Antoni Ignasi Cànaves-Llabrés a, b, Miguel Etayo-Escanilla a, c, Miguel Alaminos a, c, Víctor Carriel a, c, Óscar Darío García-García a, c, , Jesús Chato-Astrain a, c, , Fernando Campos a, c
a Tissue Engineering Group, Department of Histology, Faculty of Medicine, University of Granada, Spain 
b Postgraduate Master Program in Tissue Engineering and Advanced Therapies, University of Granada, Spain 
c Instituto de Investigación Biosanitaria ibs.GRANADA, Spain 

Correspondence to: Department of Histology, Faculty of Medicine, University of Granada, Av. de la Investigación nº11, Building A, 5th floor, Granada CP:18016, Spain.Department of Histology, Faculty of Medicine, University of GranadaAv. de la Investigación nº11, Building A, 5th floorGranadaCP:18016Spain

Abstract

Traumatic nerve injuries are nowadays a significant clinical challenge and new substitutes with adequate biological and mechanical properties are in need. In this context, fibrin-agarose hydrogels (FA) have shown the possibility to generate tubular scaffolds with promising results for nerve repair. However, to be clinically viable, these scaffolds need to possess enhanced mechanical properties. In this line, genipin (GP) crosslinking has demonstrated to improve biomechanical properties with good biological properties compared to other crosslinkers. In this study, we evaluated the impact of different GP concentrations (0.05, 0.1 and 0.2% (m/v)) and reaction times (6, 12, 24, 72 h) on bioartificial nerve substitutes (BNS) consisting of nanostructured FA scaffolds. First, crosslinked BNS were studied histologically, ultrastructurally and biomechanically and then, its biocompatibility and immunomodulatory effects were ex vivo assessed with a macrophage cell line. Results showed that GP was able to improve the biomechanical resistance of BNS, which were dependent on both the GP treatment time and concentration without altering the structure. Moreover, biocompatibility analyses on macrophages confirmed high cell viability and a minimal reduction of their metabolic activity by WST-1. In addition, GP-crosslinked BNS effectively directed macrophage polarization from a pro-inflammatory (M1) towards a pro-regenerative (M2) phenotype, which was in line with the cytokines release profile. In conclusion, this study considers time and dose-dependent effects of GP in FA substitutes which exhibited increased biomechanical properties while reducing immunogenicity and promoting pro-regenerative macrophage shift. These tubular substitutes could be useful for nerve application or even other tissue engineering applications such as urethra.

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Graphical Abstract




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Keywords : Peripheral nerve, Fibrin-agarose, Genipin, Biomechanical properties, Macrophage polarization, Anti-inflammatory response


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