Removal of albumin from platelet lysates for the fabrication of hydrogels for 3D cell culture

Abstract

The transition from the second to the third dimension is crucial to improve the reliability and predictive ability of cell-based assays, motivating the ongoing research on scaffold development to develop in vitro systems that could recapitulate the physiological cellular microenvironment. Proteins naturally occurring in the human body have been attracting attention as biomaterials for scaffold fabrication, due to their biochemical similarity with native tissues and potential allogenic source. In this context, METATISSUE has developed a novel photopolymerizable hydrogel based on human platelet lysates (PL) proteins. Despite the great performance in cell encapsulation tests, seeded cells do not adhere properly and the removal of human serum albumin (HSA) was proposed as a reliable approach to overcome this drawback. Herein, the goal of the presented work was the removal of HSA from PL using three phase partitioning (TPP) systems based on aqueous biphasic systems (ABS). These systems were investigated following two approaches, namely by the selective precipitation of HSA at the interphase or by the selective migration of the protein to one of the phases of ABS. A screening of eight ABS composed of different phase forming components was performed. The ABS composed of PEG 1000/citrate buffer presented the best performance, being 53% of the total HSA mass of PL retained at the top phase, while the remaining PL proteins precipitate at the interphase. These precipitated proteins can be easily isolated and used as an albumin-depleted PL (AD-PL) fraction for hydrogel fabrication. This system was then scaled-up (up to ca. 50 g) and the AD-PL obtained was modified with methacrylic anhydride (AD-PLMA), allowing the successful AD-PLMA hydrogel formation.

A transição da segunda para a terceira dimensão é crucial para melhorar a fiabilidade e a capacidade de previsão dos ensaios celulares, motivando o desenvolvimento de plataformas capazes de recapitular o microambiente celular fisiológico in vitro. As proteínas naturalmente presentes no corpo humano têm atraído atenção como biomateriais para o fabrico de plataformas, devido à sua semelhança bioquímica com os tecidos nativos e a sua potencial origem alogénica. Neste contexto, a METATISSUE desenvolveu um novo hidrogel fotopolimerizável baseado em proteínas de lisados de plaquetas humanas (PL). Apesar do grande desempenho nos testes de encapsulação celular, as células cultivadas na superfície não aderem, e a remoção da albumina de soro humano (ASH) foi proposta como uma estratégia para melhorar este aspeto. Sendo assim, o objetivo do presente trabalho foi a remoção de ASH dos PL usando sistemas de partição de três fases à base de sistemas aquosos bifásicos (SAB). Estes sistemas foram estudados seguindo duas abordagens, nomeadamente pela precipitação seletiva da ASH na interfase do sistema ou migração para uma das fases. Para isso, avaliaram-se oito SAB compostos por diferentes componentes formadores de fase. O sistema PEG 1000/tampão citrato apresentou o melhor desempenho, sendo que 53% da massa total de ASH dos PL fica retida na fase rica em PEG, enquanto que as restantes proteínas precipitam na interfase. Esta fração precipitada pode ser facilmente isolada e utilizada como uma fração de PL com um conteúdo de albumina reduzido (AD-PL). Este sistema foi aumentado em termos de escala (até cerca de 50 g) e a AD-PL obtida foi modificada com anidrido metacrílico (AD-PLMA), permitindo a formação de hidrogéis derivados de AD-PLMA.