Formulación y simulación de una matriz extracelular biomimética para el estudio de células de cáncer cervicouterino

Abstract

RESUMEN: Los cultivos celulares en 3D son una herramienta indispensable en el estudio de los mecanismos biomoleculares y biofísicos que pueden ser utilizados para la comprensión y el tratamiento de diferentes patologías en humanos, como el cáncer. Asimismo, el uso de software de simulación basado en el análisis numérico como COMSOL Multiphysics ha tomado gran relevancia para la fabricación de dispositivos microfluídicos donde se pueden realizar cultivos 3D para implementar Organs-on-chips (OOC), para imitar un entorno tumoral generado por esferoides. En este trabajo se determinó la concentración de biopolímeros como el colágeno tipo I y Matrigel para formular una matriz extracelular para el cultivo de células HeLa y la estimación de su viscosidad dinámica, junto con el diseño de una plataforma microfluídica en polidimetilsiloxano (PDMS). El diseño del dispositivo se realizó en SolidWorks, y después, utilizando COMSOL Multiphysics, se evaluaron parámetros como el flujo y la tensión de corte, para determinar cómo afectan estas variables al cultivo celular y la relevancia de la geometría de la plataforma. Este trabajo representa una base para el desarrollo de Organs-on-chips (OOC), así como aplicaciones en ingeniería de tejidos y tratamientos terapéuticos para el cáncer cervicouterino. ABSTRACT: 3D cell cultures are an indispensable tool in the study of biomolecular and biophysical mechanisms and can be used for the understanding and treatment of different pathologies in humans, such as cancer. Likewise, the use of simulation software based on numerical analysis such as COMSOL Multiphysics has taken great relevance for the fabrication of microfluidic devices where 3D cultures can be made to implement Organs-on-chips (OOC), to mimic a tumour environment generated by spheroids. In this work, the concentration of biopolymers such as collagen type I and Matrigel to formulate an extracellular matrix for HeLa cell culture and the estimation of their dynamic viscosity were determined, along with the design of a microfluidic platform in polydimethylsiloxane (PDMS). The design of the device was performed in SolidWorks, and then, using COMSOL Multiphysics, parameters such as flow and shear stress were evaluated to determine how these variables affect cell culture and the relevance of the platform geometry. This work represents a basis for the development of Organs-on-chips (OOC), as well as applications in tissue engineering and therapeutic treatments for cervical cancer.