Electrospinning is a versatile technique used to create native tissue-like fibrous scaffolds. Recently, it has gained a large amount of attention for generation of bioactive dressing materials suitable for treatment of both chronic and acute wounds. In this Review, we focus on the latest advances made in the application of electrospun scaffolds for bioactive wound healing. We first provide a brief overview of the wound healing process and electrospinning approaches. We then discuss fabrication of scaffolds made from natural and synthetic polymers via electrospinning for effective wound treatment and management. Natural polymers used for wound healing included in our Review cover protein based polymers such as collagen, gelatin, and silk and polysaccharide based polymers such as chitosan, hyaluronic acid, and alginate. In addition, we discuss aliphatic polyesters, super hydrophilic polymers, and polyurethanes as some of the most commonly used synthetic polymers for wound healing and wound dressing applications. Next, we review multifunctional and "smart" scaffolds developed by electrospinning based approaches. We place an emphasis on how flexibility of the electrospinning process enables production of advanced scaffolds such as core-shell fibrous scaffolds, multilayer scaffolds, and surface modified scaffolds. Taken together, it is clear that electrospinning is an emerging technology that provides a unique opportunity for engineering more effective wound dressing, management, and care products.

Abstract There exists a technological need for advanced materials with improved properties for emerging biomedical applications. Recent developments in macroporous materials have demonstrated their applicability as indispensable tools in biomedical research. Cryogels, which are materials with a macroporous 3D structure, are produced as a result of controlled freezing during polymerization with a highly interconnected polymer network. Cryogels’ interest lies in their ability to address some of the limitations of their hydrogel analogues. In this review, hydrogel and cryogel basic concepts are discussed as a short primer for readers unfamiliar with the cryogels literature. Next, a general overview of the methods for synthesis and characterization of cryogels is provided, highlighting key concepts relevant to cryogels and explaining their unique properties. Finally an in‐depth overview of specific technologies and fields where cryogels have been applied is given. It is argued that the latest advances in cryogel technologies are able to address challenges in bioseparation, tissue engineering, and other emerging bioengineering disciplines.

Hypoxia, an important feature of solid tumors, is a major factor shaping the immune landscape, and several cancer models have been developed to emulate hypoxic tumors. However, to date, they still have several limitations, such as the lack of reproducibility, inadequate biophysical cues, limited immune cell infiltration, and poor oxygen (O 2 ) control, leading to non-pathophysiological tumor responses. As a result, it is essential to develop new and improved cancer models that mimic key features of the tumor extracellular matrix and recreate tumor-associated hypoxia while allowing cell infiltration and cancer-immune cell interactions. Herein, hypoxia-inducing cryogels (HICs) have been engineered using hyaluronic acid (HA) as macroporous scaffolds to fabricate three-dimensional microtissues and model a hypoxic tumor microenvironment. Specifically, tumor cell-laden HICs have been designed to deplete O 2 locally and induce long-standing hypoxia. This state of low oxygen tension, leading to HIF-1α stabilization in tumor cells, resulted in changes in hypoxia-responsive gene expression and phenotype, a metabolic adaptation to anaerobic glycolysis, and chemotherapy resistance. Additionally, HIC-supported tumor models induced dendritic cell (DC) inhibition, revealing a phenotypic change in plasmacytoid B220 + DC (pDC) subset and an impaired conventional B220 - DC (cDC) response in hypoxia. Lastly, our HIC-based melanoma model induced CD8+ T cell inhibition, a condition associated with the downregulation of pro-inflammatory cytokine secretion, increased expression of immunomodulatory factors, and decreased degranulation and cytotoxic capacity of T cells. Overall, these data suggest that HICs can be used as a tool to model solid-like tumor microenvironments and identify a phenotypic transition from cDC to pDC in hypoxia and the key contribution of HA in retaining cDC phenotype and inducing their hypoxia-mediated immunosuppression. This technology has great potential to deepen our understanding of the complex relationships between cancer and immune cells in low O 2 conditions and may pave the way for developing more effective therapies.

In oxygen (O

Oxygen tension plays a key role in tissue function and pathophysiology. Oxygen-controlled cell culture, in which the oxygen concentration in an incubators gas phase is controlled, is an indispensable tool to study the role of oxygen in vivo. For this technique, it is presumed that the incubator setpoint is equal to the oxygen tension that cells experience (i.e., pericellular oxygen). We discovered that physioxic (5 percent oxygen) and hypoxic (1 percent oxygen) setpoints regularly induce anoxic (0.0 percent oxygen) pericellular tensions in both adherent and suspension cell cultures. Electron transport chain inhibition ablates this effect, indicating that cellular oxygen consumption is the driving factor. RNA-seq revealed that primary human hepatocytes cultured in physioxia experience ischemia-reperfusion injury due to anoxic exposure followed by rapid reoxygenation. To better understand the relationship between incubator gas phase and pericellular oxygen tensions, we developed a reaction-diffusion model that predicts pericellular oxygen tension a priori. This model revealed that the effect of cellular oxygen consumption is greatest in smaller volume culture vessels (e.g., 96-well plate). By controlling pericellular oxygen tension in cell culture, we discovered that MCF7 cells have stronger glycolytic and glutamine metabolism responses in anoxia vs. hypoxia. MCF7 also expressed higher levels of HIF2A, CD73, NDUFA4L2, etc. and lower levels of HIF1A, CA9, VEGFA, etc. in response to hypoxia vs. anoxia. Proteomics revealed that 4T1 cells had an upregulated epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) response and downregulated reactive oxygen species (ROS) management, glycolysis, and fatty acid metabolism pathways in hypoxia vs. anoxia. Collectively, these results reveal that breast cancer cells respond non-monotonically to low oxygen, suggesting that anoxic cell culture is not suitable to model hypoxia. We demonstrate that controlling atmospheric oxygen tension in cell culture incubators is insufficient to control oxygen in cell culture and introduce the concept of pericellular oxygen-controlled cell culture.

Abstract Recent advances in our understanding of hypoxia and hypoxia-mediated mechanisms shed light on the critical implications of the hypoxic stress on cellular behavior. However, tools emulating hypoxic conditions (i.e., low oxygen tensions) for research are limited and often suffer from major shortcomings, such as lack of reliability and off-target effects, and they usually fail to recapitulate the complexity of the tissue microenvironment. Fortunately, the field of biomaterials is constantly evolving and has a central role to play in the development of new technologies for conducting hypoxia-related research in several aspects of biomedical research, including tissue engineering, cancer modeling, and modern drug screening. In this perspective, we provide an overview of several strategies that have been investigated in the design and implementation of biomaterials for simulating or inducing hypoxic conditions—a prerequisite in the stabilization of hypoxia-inducible factor (HIF), a master regulator of the cellular responses to low oxygen. To this end, we discuss various advanced biomaterials, from those that integrate hypoxia-mimetic agents to artificially induce hypoxia-like responses, to those that deplete oxygen and consequently create either transient (< 1 day) or sustained (> 1 day) hypoxic conditions. We also aim to highlight the advantages and limitations of these emerging biomaterials for biomedical applications, with an emphasis on cancer research.