Síntesis de nanofibras por electrospinning aplicada en ingeniería de tejidos de piel

Abstract

El electrospinning ha ganado popularidad en los últimos años debido en gran parte al incremento del interés en las propiedades y tecnologías a nanoescala. Esta técnica permite la producción de fibras poliméricas con diámetros que varían de algunos nanómetros a varios micrómetros. Las aplicaciones potenciales del electrospinning incluyen membranas de filtración, nanofibras catalíticas, sensores basados en fibras, y andamios de ingeniería de tejidos. La ingeniería de tejidos combina la ingeniería y las biociencias en la aplicación clínica para el desarrollo de sustitutos de tejidos y órganos. Esto puede permitir la inducción de regeneración real de tejidos defectuosos y también puede ayudar a mejorar el tratamiento en enfermedades crónicas y defectos en tejidos innatos y adquiridos reemplazando o apoyando la función de las partes del cuerpo defectuosas o dañadas. El enfoque clásico para la ingeniería de tejidos ha sido el cultivo de andamios más o menos biodegradables con células donantes y/o factores de crecimiento. Luego se cultiva e implanta el andamio para inducir y dirigir el crecimiento del tejido nuevo y sano. Hasta ahora las aplicaciones clínicamente exitosas incluye el reemplazamiento de piel, cartílago y huesos. Se desarrolló un sustituto de piel utilizando la técnica de electrospinning y el enfoque clásico de la ingeniería de tejidos. Se diseñó un dispositivo básico de electrospinning y se optimizo el proceso de formación de nanofibras de gelatina, utilizando la metodología de superficie de respuesta (RSM). Se analizaron las morfologías de las nanofibras obtenidas en cada experimento realizado por microscopia electrónica de barrido (SEM) y se determinaron los parámetros óptimos para la síntesis de nanofibras. Se extrajo el colágeno de un producto de desecho como lo es la piel de pollo. Las pieles de pollo fueron procesadas para obtener colágeno puro. Este colágeno fue combinado con elastina utilizando la técnica de electrospinning para obtener un andamio de ingeniería de tejidos con estructura muy similar a la matriz extracelular que se encuentra de forma nativa en la piel. A este andamio se le incorporaron queratinocitos y fibroblastos humanos y se evaluó la adhesión y proliferación celular utilizando en método estándar de MTT. Las pruebas in vitro mostraron adhesión, proliferación de las células y ausencia de citotoxicidad por parte del andamio; Las células al estar presentes en un ambiente muy similar al que se encuentran de forma natural no solo mostraron adhesión y proliferación, también mostraron una velocidad de crecimiento mayor que las células que no se encontraban en contacto con los andamios. Esta similitud del andamio con la matriz extracelular y su combinación con los queratinocitos y fibroblastos aumentarían la velocidad de regeneración y disminuirían la formación de cicatrices en el tratamiento de heridas graves de la piel en cualquier parte del cuerpo. ABSTRACT Electrospinning has gained popularity in the last years due in large part to an increased interest in nanoscale properties and technologies. The electrospinning enables the production of polymeric nanofibers with diameters ranging some nanometers to many micrometers. Potential applications of the nanofibers produced by electrospinning include filtration membranes, catalytic nanofibers, fiber-based biosensors, and scaffolds for tissue engineering. Tissue engineering combines engineering and biosciences in the clinical application for the development of replacement tissues and organs. This may allow the induction of real regeneration in defective tissue and can also help to improve treatment replacing or supporting the function of defective or damaged parts of the body in chronic diseases and defects in innate and acquired tissue. The classical approach for engineering tissue has been the seeding of more or less biodegradable scaffolds with donor cells and/or growth factors, then culturing and implanting the scaffolds to induce and direct the growth of new, healthy tissue. So far, clinically successful applications include skin, cartilage and bone replacement. In this work was developed a skin substitute using the electrospinning technique and the classical approach for engineering tissue. An electrospinning basic device was design and the gelatin nanofiber forming process was optimized using response surface methodology (RSM). The nanofiber morphology obtained in each developed experiment was analyzed by scanning electron microscope (SEM) and the optimal parameters were determined for the nanofiber synthesis. The collagen was extracted from chicken skin, a waste product. The chicken skin were processed for obtain a pure collagen. This collagen was combined with elastin sing the electrospinning technique for obtain a tissue engineering scaffold with very similar structure to the extracellular matrix that is found natively in the skin. To this scaffold were incorporated human keratinocytes and fibroblast and the attachment and proliferation was evaluated using the standard MTT method. The in vitro testing showed attachment, cell proliferation and cytotoxicity absence by the scaffold; the cells to be present in a very similar environment to the extracellular matrix, they not only showed attachment and proliferation, also showed a higher growth velocity that the cells that not were in contact whit the scaffolds. This scaffold similitude with the extracellular matrix and the combination with keratinocytes and fibroblast would increase the regeneration velocity and would decrease the scars formation in the serious injury treatment in any body part.