Hidrogeles magnéticos para medicina regenerativa y aplicaciones tecnológicas

Abstract

Los hidrogeles se definen como redes tridimensionales (3D) formadas por cadenas polimericas flexibles dispersas en un medio acuoso. Debido a su flexibilidad, consistencia blanda, alto contenido de agua y la versatilidad de sus propiedades mednicas, los hidrogeles se utilizan para diversas aplicaciones en tecnologia y biomedicina, algunas de ellas ya explotadas a nivel comercial [1]. Los hidrogeles pueden ser preparados con componentes naturales o sinteticos, tales como hidratos de carbono, proteinas, peptidos, tensioactivos y/o polimeros sinteticos. Por su composicion, los hidrogeles magneticos, que consisten en dispersiones de micro o nanoparticulas magneticas incrustadas dentro de un hidrogel, combinan en un solo material el comportamiento paramagnetico o ferromagnetico proporcionado por las particulas con la flexibilidad que aporta la matriz. Estos son por tanto de particular interes en muchas aplicaciones desde el punto de vista tecnologico y biornedico, tales como amortiguadores inteligentes, sensores de temperatura, presion y (bio)quimicos, administracion de farmacos, diserio de mCisculos artificiales e ingenieria tisular [2, 3, 7, 9]. Las propiedades de los hidrogeles magneticos dependen de varios factores, incluidos el tipo de gelificante y de particula magnetica utilizados, la concentracion del gelificante y de las particulas magneticas, y el tamano y distribucion de las particulas magneticas dentro de los hidrogeles. Adernas, las particulas magneticas son sustratos solidos que pueden ser recubiertos y funcionalizados con diferentes prop6sitos. La naturaleza quimica de la capa de recubrimiento puede modular las interacciones entre las particulas y los filamentos del polimero que forman los hidrogeles, lo que tiene un impacto directo en las propiedades finales de los hidrogeles resulta ntes [22] . Como consecuencia de las ventajas mencionadas anteriormente, se necesitan nuevos hidrogeles magneticos que sean capaces de modificar, en gran medida, o modular reversiblemente sus propiedades mednicas. Ademas, la comprension de col-no controlar la organizacion celular y la vascularizacion con precision en construcciones de tejidos complejos se encuentra todavia en un estado preliminar. Finalmente, es deseable que los hidrogeles sean inyectables, dado que la inyectabilidad es el principal requisito para poder implementar metodos quirurgicos minimamente invasivos. No puede olvidarse que un gel inyectable tiene que poseer ademas una microestructura que favorezca la proliferacion celular. Asi, la obtenci6n de nuevos hidrogeles con estas caracteristicas supondria un avance muy importante. La hipótesis de partida de este trabajo es que es posible preparar hidrogeles magneticos inyectables, basados en peptidos de cadena corta y/o en polimeros, con una microestructura y propiedades mecanicas adecuadas para su use tanto en aplicaciones tecnologicas como en la creacion de matrices extracelulares de tejidos artificiales blandos. Por tanto, en esta tesis doctoral se pretende resolver dos de las principales desventajas de los hidrogeles inyectables actuales: (i) la ausencia de una microestructura adecuada; (ii) el deficiente control sobre sus propiedades mecanicas. Se abordan estos objetivos generales de forma simult6nea desde los puntos de vista fisico y gamic°, con el fin de crear nuevos hidrogeles con mejores propiedades. Sintetizamos un espectro diverso de hidrogeles magneticos supramoleculares y polimericos con un adecuado orden interno gracias a la naturaleza de las fibras, su interaccian con las particulas magneticas y la disposicion de las mismas. Con ello, dotamos a los hidrogeles de propiedades mecanicas ajustables mediante la concentracion, forma y tamano de las particulas y la intensidad del campo magnetic° aplicado. Se espera que estos hidrogeles posean las propiedades requeridas para poder ser utilizados en aplicaciones tecnologicas y biornedicas.