Design and characterisation of a pectin-based hydrogel incorporating MSC-derived secretome for gastric tissue regeneration

Peptic ulcer disease (PUD), caused by an imbalance between aggressive and protective gastric mucosal factors, remains a major global health issue despite advances in diagnosis and pharmacological treatments. Although effective in reducing acid secretion and controlling symptoms, these therapies rarely restore full mucosal integrity, leading to frequent recurrences. The secretome from human mesenchymal stromal/stem cells (hMSCsec) has emerged as a promising cell-free therapy thanks to its combined angiogenic, epithelial regenerative and immunomodulatory properties, all of which are key for gastric tissue repair. This work reports the development and optimisation of a photo-crosslinkable, pectin-based hydrogel incorporating hMSCsec and designed as an extrusion-printable, bioactive gastric patch. Low-methoxyl pectin was chemically modified via norbornene functionalisation (NorPEC) to enable thiol–ene photocrosslinking using dithiothreitol (DTT) and lithium phenyl 2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate (LAP). The optimised formulation (NorPEC 10 wt-%; LAP 0.25 wt-%; and DTT 0.25 eq.) exhibited shear-thinning behaviour and stable viscoelasticity, confirming its suitability for extrusion based 3D printing. hMSCsec was successfully produced, characterised, and incorporated into the hydrogel without compromising network stability. Its presence caused a slight increase in viscous modulus and energy dissipation while qualitatively preserving the extrusion behaviour observed in manual tests. Swelling studies in phosphate-buffered saline (PBS) and simulated gastric fluid (SGF; pH 1.2) showed pH-dependent behaviour, with reduced swelling under acidic conditions. After 72 h, ionic uptake and structural weakening were observed, consistent with the known acid-sensitivity of pectin-based systems. Although quantitative viscosity measurements of the hMSCsec-loaded ink, long-term degradation and cytocompatibility assessments could not be performed, the results provide a solid foundation for future optimisation and translational development of NorPEC–hMSCsec hydrogels as acellular, regenerative platforms for gastric mucosal repair.

La malattia ulcerosa peptica, dovuta a uno squilibrio tra fattori aggressivi e difensivi della mucosa gastrica, rappresenta ancora una rilevante sfida sanitaria globale nonostante i progressi diagnostici e i trattamenti farmacologici. Sebbene efficaci nel ridurre la secrezione acida e i sintomi, tali trattamenti spesso non ripristinano completamente l’integrità mucosale, con conseguenti recidive. Il secretoma da cellule stromali/mesenchimali umane (hMSCsec) è emerso come promettente terapia acellulare grazie alle sue proprietà angiogeniche, rigenerative e immunomodulatorie, fondamentali per la riparazione del tessuto gastrico. Questo lavoro descrive lo sviluppo e l’ottimizzazione di un idrogel fotoreticolabile a base di pectina, contenente hMSCsec e progettato come patch gastrica bioattiva stampabile per estrusione. La pectina a basso grado di metossilazione è stata modificata tramite funzionalizzazione con norbornene (NorPEC) per consentire la reticolazione tiolo–ene mediante ditiotreitolo (DTT) e il fotoiniziatore lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate (LAP). La formulazione ottimizzata (NorPEC 10 wt-%; LAP 0.25 wt-%; and DTT 0.25 eq.) ha mostrato comportamento shear-thinning e una risposta viscoelastica stabile, confermandone l’idoneità alla stampa 3D per estrusione. L’hMSCsec è stato prodotto, caratterizzato e incorporato con successo nella matrice dell’idrogel senza comprometterne la stabilità della rete, determinando un lieve aumento del modulo viscoso e della dissipazione energetica e preservando il comportamento di estrusione osservato nei test manuali. Gli studi di rigonfiamento in tampone PBS e in fluido gastrico simulato (pH 1.2) hanno evidenziato un comportamento dipendente dal pH, con minore rigonfiamento in ambiente acido. Dopo 72 h sono stati osservati uptake ionico e indebolimento strutturale, in linea con la nota sensibilità acida dei sistemi a base di pectina. Sebbene non siano state eseguite misure reologiche quantitative dell’inchiostro con secretoma né studi di degradazione a lungo termine o citocompatibilità, i risultati ottenuti forniscono una solida base per future ottimizzazioni e per lo sviluppo traslazionale di idrogeli NorPEC–hMSCsec come piattaforme acellulari e rigenerative per la riparazione della mucosa gastrica.