Generation of biomimetic tissue-like biomaterials cith controlled biomecanical and biological properties for tissue engineering applications

Abstract

La elaboración de tejidos artificiales, cada vez más biomiméticos y biocompatibles con los tejidos corporales, constituye el objetivo básico de la ingeniería tisular. En tal sentido, los procesos de biofabricación y de funcionalización de los biomateriales que forman parte de los tejidos artificiales constituyen un objeto preferente de investigación en este campo, al considerarse dichos biomateriales componentes activos y determinantes en las distintas propiedades que van a desempeñar los nuevos tejidos. La reciente generación de un hidrogel de fibrina-agarosa con gran aplicación a la ingeniería tisular ha estimulado la investigación de procesos de mejora de sus propiedades para su aplicación a distintas situaciones terapéuticas. En la presente Tesis Doctoral, con el objeto de generar nuevos modelos tisulares mas biomiméticos, se desarrollan dos modelos tisulares constituidos por hidrogeles de fibrina-agarosa (HFA) y de fibrina-agarosa nanoestructurada (NHFA) a los que se someten a la acción de glutaraldehido y genipín, agentes químicos con efectos de entrecruzamiento. Aunque los efectos de la nanoestructuración han sido estudiados es la primera vez que se investigan los efectos de los agentes químicos sobre los hidrogeles de fibrina-agarosa y de fibrina-agarosa nanoestructurada. Tras la generación de los hidrogeles de fibrina-agarosa a partir de plasma humano, ácido tranexámico, agarosa tipo VII y cloruro cálcico como elementos básicos, tanto los no nanoestructurados como los nanoestructurados por comprensión plástica se someten a la acción de los agentes químicos glutaraldehido y genipín a concentraciones de 0,25 y 0,5% y se realizan estudios estructurales sobre los patrones fibrilares y de porosidad, reológicos sobre los modulos de rigidez (G), elástico (G´) y viscoso (G”) y de biocompatibilidad mediante ensayos biofuncionales, bioquímicos e histológicos. Los resultados ponen de relieve que la combinación de una concentración variable de glutaraldehido o genipín y/o de nanoestructuración permite 1) controlar la porosidad en los modelos tisulares de fibrina-agarosa, 2) que el módulo de rigidez (G) mejora significativamente tras la utilización de las distintas concentraciones de glutaraldehido y genipín, con independencia de que el biomaterial este o no nanoestructurado, 3) que el modulo elástico ( G´) alcanza en todos los casos valores hasta cuatro veces superiores a los del módulo viscoso ( G´´) con independencia de la utilización de glutaraldehido o genipín, lo que indica que los nuevos modelos tisulares generados poseen propiedades marcadamente elásticas y 4) que existen diferencias significativas en relación con la viabilidad a favor del genipín. La concentración más citotóxica es glutaraldehido al 0,5% con importante mortalidad celular y la más viable la de genipín al 0,25% escasa disminución celular. La generación de diferentes modelos de tejidos artificiales de fibrina-agarosa elaborados mediante la aplicación combinada de dos procesos de biofabricación por entrecruzamiento -agentes químicos y nanoestructuración-, permite el diseño de modelos versátiles de tejidos artificiales con patrones estructurales biomiméticos de diferente porosidad, con patrones biomecánicos de diferente rigidez, elasticidad y viscosidad y con patrones de biocompatibilidad y viabilidad diferentes que pueden ser utilizados en los protocolos de ingeniería tisular de acuerdo con los tejidos nativos que hayan de ser sustituidos en los nuevos protocolos terapéuticos que actualmente promueve la medicina regenerativa.