Síntesis de materiales compuestos base biopolímero mediante el proceso de electrohilado

Abstract

Electrospun scaffolds are of particular interest because the three-dimensional architecture of nanofibers collections closely mimics the structure of natural extracellular matrix. Biopolymer base materials synthesized by the electrospinning technique can facilitate the transition of the study in 2-D cell cultures to 3-D cell cultures. In vitro cell culture in 3-D systems has provided a better understanding of the biology of various diseases, therefore, these in vitro systems have become a convenient and accessible alternative for the biological study of different cell lines providing an alternative to animal experimentation. Since collagen is one of the major components of the extracellular matrix of the native tissue, it is typically a biomaterial of first choice for scaffolds production, however, the manufacture of 3-D collagen based scaffolds has been a constant challenge given its low solubility and processability. This research presents the production of electrospun 3-D collagen (CG) based scaffolds for potential use in cell cultures. Keeping in mind that collagen processing through electrospinning is complicated given its low solubility and electrospinnability, it was mixed with other polymers to analyze their effect on collagen electrospinnability. Polyvinyl alcohol (PVA) was chosen because it is a highly electrospinnable polymer producing high quality nanofibers, besides it is biodegradable, biocompatible and non-toxic. The incorporation of chondroitin sulfate (SC) and hyaluronic acid (HA) was also explored; two biopolymers highly distributed in the extracellular matrix that favor cell adhesion making them ideal for scaffolds production. Polymer blends, in percentage ratios: 25/37.5+37.5 (CG/PVA+SC), 25/50+25 (CG/PVA+SC), 25/25+50 (CG/PVA+SC) and 25/50+25 (CG/PVA+HA) were analyzed.

La obtención de andamios celulares mediante la técnica de electrohilado es de particular interés debido a la arquitectura tridimensional que las colecciones de nanofibras proporcionan, ya que mimetizan en gran medida a la estructura de la matriz extracelular. Los materiales base biopolímeros sintetizados mediante la técnica de electrohilado, pueden facilitar la transición del estudio en cultivos celulares de 2-D a cultivos celulares de 3-D. El cultivo de células in vitro en sistemas 3-D ha aportado un mejor entendimiento de la biología de varias enfermedades por lo que estos sistemas in vitro se han convertido en una alternativa cómoda y accesible para el estudio biológico de diferentes líneas celulares, y proporcionan una alternativa a la experimentación animal. Debido a que el colágeno es uno de los componentes principales de la matriz extracelular de la mayoría de los tejidos del cuerpo, suele ser el biopolímero de primera elección para la fabricación de andamios celulares. Sin embargo, la fabricación de andamios celulares 3-D base colágeno ha sido un constante reto en los últimos años dada su baja solubilidad y dificultad de procesamiento. Este trabajo de investigación presenta la fabricación de andamios celulares 3-D base colágeno (CG) mediante la técnica de electrohilado para su posible uso en cultivos celulares. Teniendo presente que el procesamiento de este biopolímero mediante esta técnica es complicado dada su baja solubilidad y electrohilabilidad, se analizó la influencia de la incorporación de otros polímeros para la generación de mezclas base colágeno con mejores características de electrohilado. Se empleó alcohol polivinílico (PVA), un polímero altamente electrohilable, biodegradable, biocompatible y no tóxico. Además, se exploró la incorporación de sulfato de condroitina (SC) y ácido hialurónico (HA), dos biopolímeros que se encuentran altamente distribuidos en la matriz extracelular y que favorecen la adhesión celular, lo que los hace ideales para la generación de andamios. Se analizaron mezclas de los polímeros en proporciones porcentuales: 25/37.5+37.5 (CG/PVA+SC), 25/50+25 (CG/PVA+SC), 25/25+50 (CG/PVA+SC) y 25/50+25 (CG/PVA+HA).