Development of novel scaffolds from nanostructured biopolymer matrices with applications in tissue engineering

Resumen

La presente tesis se ha llevado a cabo sobre Ingeniería de Tejidos, dentro del campo de la Medicina Regenerativa. Se basa en el desarrollo de biomateriales, esto es, materiales biodegradables y biocompatibles cuyo objetivo principal es servir de soporte para la adhesión celular. De esta forma, se puede formar un tejido del cuerpo humano para la sustitución de otro dañado. Estos biomateriales reciben el nombre de andamios y para su fabricación hay que tener en cuenta tres aspectos principales: el material de partida, la técnica de procesado llevada a cabo y la futura aplicación de dicho biomaterial. Por tanto, la primera etapa de la tesis ha consistido en el estudio de las propiedades de diferentes materias primas, evaluando su estructura y sus características fisicoquímicas y morfológicas con el fin de seleccionar las más prometedoras para su uso posterior. Con este fin, se ha evaluado su composición, solubilidad e incluso su desnaturalización. A continuación, se procede a realizar biomateriales por la primera de las tres técnicas que se van a llevar a cabo. Esta técnica recibe el nombre de secado por liofilización y consiste en la formación de una estructura tipo esponja a partir de la congelación de una disolución polimérica y la posterior sublimación del disolvente. De esta forma, se consigue eliminar el disolvente, obteniéndose una estructura de elevada porosidad. Además de las propiedades morfológicas, se estudian las propiedades mecánicas de los sistemas, corroborando que no son las más adecuadas, por lo que se han de estudiar diferentes tipos de reforzamiento que consigan mejorar las propiedades de la estructura. Para ello, se evalúa el impacto de diferentes reforzamientos sobre las propiedades de los sistemas. La segunda técnica de fabricación consiste en la elaboración de biomateriales formados por fibras de tamaño nanométrico mediante la aplicación de un elevado voltaje sobre una disolución polimérica de una determinada viscosidad. La peculiaridad que presenta esta técnica es que se necesita la adición de un polímero sintético que mejore la procesabilidad de los sistemas por electrohilado (escogiéndose PCL, policaprolactona). Al igual que sucedía con la técnica anterior, se ha procedido a caracterizar los andamios morfológica y mecánicamente, además de modificar los parámetros de procesado con el fin de obtener las propiedades deseadas. Finalmente, la tercera técnica consiste en una impresión molecular de biomateriales a partir de un molde elaborado por electrohilado. La ventaja principal que tiene esta técnica es que permite utilizar otros reactivos de mayor pureza, obteniéndose así unos biomateriales que presentan unas propiedades que los hacen mucho más prometedores que aquellos obtenidos por las dos técnicas anteriores. Por último, se evalúa la aplicabilidad de los sistemas más prometedores. Para ello, se llevan a cabo estudios biológicos donde se estudia el crecimiento y diferenciación celular mediante ensayos tanto in vitro como in vivo. De esta forma, se puede analizar si los biomateriales elaborados tienen potencial aplicación en medicina regenerativa.