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La revolución de la “cosmética pura”: nuevo éxito de la tecnología fluidnatek de producción de fibras ultrafinas mediante electrospinning

Se trata de innovadores productos cosméticos codesarrollados entre CSIC y Bioinicia: más sostenibles y compuestos únicamente por ingredientes activos, prescindiendo de excipientes y aditivos – Llega la denominada “cosmética pura”

La tecnología patentada es capaz de encapsular compuestos en fibras ultrafinas que se funden al contacto con la piel.

Estos productos cosméticos innovadores basados en fibras ultrafinas se encuentran ya disponibles en el mercado

El Consejo Superior de Investigaciones Científicas – CSIC, la red de institutos de investigación de mayor excelencia en España, junto con la compañía Bioinicia, CDMO del Grupo Bioinicia especializada en el desarrollo y fabricación de productos médicos, farmacéuticos y cosméticos mediante tecnología de fibras ultrafinas (electrospinning) y de partículas (electrospraying), han patentado conjuntamente una tecnología que permite crear productos cosméticos, compuestos en su totalidad por ingredientes activos con eficacia probada en ensayos in vivo. Mediante esta técnica, los ingredientes se encapsulan en fibras ultrafinas e hidrosolubles, compuestas también por sustancias cosméticas. La tecnología permite prescindir de todos los excipientes, conservantes y aditivos de los cosméticos convencionales, a la vez que maximiza la penetración y la eficacia de los ingredientes activos.

Todos estos productos cosméticos basados en membranas de electrospun fibers, altamente innovadores y que consiguen una penetración de los ingredientes activos superior a otros productos cosméticos convencionales, están siendo fabricados de forma excelente utilizando equipos Fluidnatek de electrospinning. Más concretamente, el proceso fue desarrollado y escalado con éxito empleando una plataforma Fluidnatek LE-500 (planta-piloto de producción), mientras que la fabricación a gran escala tiene lugar empleando equipos industriales Fluidnatek HT para producción en masa.

Mediante esta tecnología, el CSIC y Bioinicia –a través de su marca Bioinicia Cosmetics–, han desarrollado una nueva línea de productos cosméticos de origen 100% natural y vegano para el cuidado y la mejora de la salud de la piel. Están compuestos únicamente por ingredientes bioactivos, creando una nueva generación cosmética: la cosmética pura, asegura el Dr. José María Lagarón, investigador del CSIC en el Instituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos (IATA).

La tecnología se basa en el procesado electro-hidrodinámico de efecto técnico Fiber Boost mediante electrospinning, que aumenta en más de diez veces la penetración de los activos. Estas fibras son 100 veces más finas que el grosor de un cabello humano, y se funden instantáneamente al contacto con la piel aportando un efecto cosmético claramente apreciable en sólo tres segundos de aplicación.

“Su doble mecanismo de acción es la clave”, afirma el Dr. José María Lagarón. “Las fibras ultrafinas se adhieren y adaptan a la perfección al relieve cutáneo y entregan los activos de manera más homogénea y efectiva. De hecho, hemos medido que algunos bioactivos penetran hasta 10 veces más que en formulaciones líquidas convencionales”, explica. “Además, los activos quedan protegidos dentro de las fibras, embebidos en las mismas, manteniendo todas sus propiedades intactas y maximizando su eficacia”, puntualiza.

Triple conquista de la sostenibilidad en cosmética

A la vez que maximiza la penetración y la eficacia de los ingredientes activos, la tecnología permite también prescindir de todos los excipientes, conservantes y aditivos que son necesarios para estabilizar los cosméticos convencionales, pero que sin embargo no aportan ningún beneficio al consumidor. “Esto supone una triple conquista de la sostenibilidad en el ámbito cosmético”, destaca el Dr. Lagarón.

Así, la tecnología patentada por el CSIC y Bioinicia reduce el consumo y transporte innecesario de materias primas y sustancias sin propiedades cosméticas para la piel, eliminando el agua del producto como recurso natural que normalmente compone del 60 al 95% de los cosméticos convencionales. También reduce el consumo energético necesario para la producción, ya que la tecnología de electrospinning permite la fabricación de fibras a temperatura ambiente.

 

Éxito de la tecnología Fluidnatek de electrospinning

Una vez más, otro electrospun product real y disponible en el mercado, es fabricado a gran escala empleando equipos de electrospinning de Fluidnatek. En este caso en el campo de la cosmética, si bien anteriormente también se han desarrollado electrospun products en los ámbitos biomédico, farma y filtración utilizando equipos de electrospinning Fluidantek. Es una nueva demostración de la fiabilidad, consistencia y escalabilidad de la tecnología Fluidnatek para producir nanofiber-based products con muy diversos materiales y disolventes. Es por tanto un orgullo para Fluidnatek celebrar este hito, y deseamos el mayor éxito a Bioinicia y a CSIC en esta nueva aventura en el sector cosmético.

Bipolar Membranes with 3D Electrospun Junction and Polymeric Catalyst for Energy applications: Hydrogen production…

El objetivo de este trabajo es investigar el uso de uniones de membrana 3D obtenidas mediante electrospinning para mejorar el proceso catalítico en membranas bipolares (BPMs) empleadas en procesos de disociación de agua. Para ello, se comparan membranas bipolares con uniones 2D fabricadas mediante laminado frente a uniones 3D entrelazadas fabricadas mediante electrospinning, empleando los mismos polímeros para la capa aniónica y catiónica. Además, se ha investigado el uso del polímero P4VP como catalizador de la reacción.

 

Introducción

Las membranas bipolares (BPMs, bipolar membranes) son un tipo de membrana que permiten el intercambio iónico. Las BPMs se emplean para disociar agua en multitud de procesos basados en electrodiálisis, obteniendo como resultado hidróxidos (OH) y protones (H+) a partir de una disolución neutra. Las aplicaciones industriales de las BPMs incluyen la producción y purificación de ácidos y bases, captura de CO2, baterías de flujo y pilas de combustible, entre otras.

Las BPMs están compuestas por dos capas adyacentes cargadas: una capa de intercambio aniónico (AEL, anion exchange layer) y una capa de intercambio catiónico (CEL, cation exchange layer) que se adhieren mediante diferentes técnicas. La superficie de contacto entre las dos capas de intercambio recibe el nombre de unión de membrana. Esta unión es generalmente bidimensional (2D), y es donde tiene lugar el proceso electrocatalítico de disociación del agua.

Las BPMs convencionales se fabrican alternando sucesivas capas de intercambio aniónico y catiónico, las cuales se unen mediante pegado o prensado a altas presiones y temperaturas. También se pueden fabricar BPMs fundiendo de manera controlada y secuencial las diferentes capas de intercambio aniónico y catiónico.

Las BPMs actuales presentan ciertas limitaciones, tales como una baja velocidad de disociación del agua y una pobre estabilidad en condiciones adversas. Para superar estas limitaciones, los autores de esta publicación proponen fabricar las uniones de membrana de las BPMs mediante electrospinning. En este caso, las nanofibras de los diferentes materiales poliméricos empleados en la capa aniónica y en la catiónica se depositan en la unión de la membrana para aumentar la región de contacto entre las capas de intercambio. Esto genera una estructura tridimensional (3D) entrelazada y abierta que facilita el transporte de agua dentro de la BPM, aumentando con ello el rendimiento del proceso de disociación. Además, también proponen el uso de catalizadores poliméricos, en concreto el P4VP.

 

Materiales y métodos

Para la fabricación de las membranas, se han empleado dos tipos distintos de polímeros. El polímero empleado como intercambiador catiónico ha sido el SPEEK (sulfonated poly(ether ether ketone)). Por su parte, el polímero empleado como intercambiador aniónico ha sido el FAA-3. En ambos casos, el disolvente empleado ha sido DMAc (dimethylacetamide). Por otro lado, existen diferentes catalizadores que se pueden emplear junto con la BPM para acelerar el proceso de disociación del agua. En este trabajo se ha investigado el uso del P4VP (poly(4-vinylpyrrolidine)) como catalizador, incorporándolo en la unión de la membrana de algunas de las BPMs fabricadas.

En concreto, en este trabajo de investigación se han fabricado 5 tipos distintos de BPMs:

  • 2 BPMs con unión 2D mediante laminación y prensado caliente: una sin catalizador, y la otra con P4VP electroestirado en la unión antes de la laminación.
  • 3 BPMs con unión 3D entrelazada mediante electroestirado y posterior prensado caliente: una sin catalizador, una con un 7.7% wt de P4VP en las fibras de FAA-3 en la unión, y otra con un 15% wt de P4VP en las fibras de FAA-3, tanto en la unión como en la AEL.

El equipo de electrospinning empleado para la fabricación de las BPMs con unión 3D ha sido una Fluidnatek LE-50 equipada con dos emisores independientes montados sobre sendos ejes de traslación para el electroestirado simultáneo de las disoluciones de SPEEK y FAA-3. El equipo incorporaba también una unidad de control ambiental (ECU, environmental control unit) para establecer y mantener de forma precisa las condiciones requeridas de temperatura y humedad durante el proceso.

Las membranas fabricadas se han caracterizado morfológicamente a través de imágenes SEM (scanning electron microscopy) y EDS (energy dispersive X-ray spectroscopy). Por su parte, la caracterización de las propiedades electroquímicas se ha llevado a cabo empleando una celda de prueba homemade de cinco compartimentos que permitía medir la eficiencia de la corriente y el OCV (open-circuit voltage).

 

Resultados

Los resultados obtenidos muestran que las BPMs fabricadas mediante electrospinning con uniones 3D ofrecen un mayor rendimiento en el proceso de disociación del agua comparado con las BPMs con uniones 2D laminadas, ya que las uniones 3D entrelazadas ofrecen una mayor superficie específica de intercambio para la disociación. Por otro lado, los resultados también muestran que el uso de un catalizador polimérico como el P4VP mejora el rendimiento del proceso de disociación del agua debido al incremento en el número de lugares activos adicionales para la reacción.

El mayor rendimiento y estabilidad en el proceso de disociación de agua que ofrecen la BPMs 3D fabricadas mediante electrospinning las convierten en candidatas ideales para aplicaciones tales como desalinización, producción de hidrógeno y almacenamiento de energía.

 

Referencias:

ACS Appl. Energy Mater. 2021, 4, 3724-3736

ELECTROSPUN FIBER SPONGES FOR CONTROLLED DRUG DELIVERY

El objetivo de este trabajo es caracterizar, empleando técnicas no invasivas, esponjas tridimensionales fabricadas con fibras de PLA electroestiradas para su uso en aplicaciones de liberación controlada de fármacos. Este tipo de esponjas es novedoso, por lo que todavía se desconocen los procesos fundamentales que ocurren en su interior referentes a la absorción de líquidos y su posterior liberación.

Introducción

El desarrollo de sistemas de liberación controlada de fármacos novedosos y alternativos es un área de investigación muy activo en el campo de la industria farmacéutica. Actualmente, la liberación controlada de fármacos se hace a través de implantes preformados, micropartículas e implantes conformados in-situ. Los problemas de estos sistemas son, entre otros, una manufactura compleja, perfiles de liberación indeseables, la degradación autocatalítica de los polímeros que provoca microambientes muy ácidos (pH alrededor de 2) y, en algunos casos, la necesidad de inyectar en el cuerpo disolventes orgánicos para la conformación del implante.

Una alternativa prometedora es el uso de esponjas de fibras poliméricas (PFS, Polymer Fiber Sponges), que son andamios tridimensionales altamente porosos, hechos a partir de fibras poliméricas obtenidas mediante electrospinning. El electrospinning es una herramienta muy versátil para la creación de andamios que permite, a partir de disoluciones poliméricas, obtener una gran variedad de fibras electroestiradas en las que es posible ajustar su tamaño y distribución, además de la porosidad de la estructura. Sin embargo, generalmente su producción se lleva a cabo en forma de láminas bidimensionales (2D) de poco grosor. Esto genera una estructura con un bajo volumen de poro específico, de manera que se precisa de incisiones más grandes para colocar los implantes en el lugar del tratamiento, con la consiguiente problemática asociada. Como solución alternativa, se propone fabricar PFSs mediante secado en frío (freeze-drying) usando fibras obtenidas mediante electrospinning. Este proceso permite obtener una matriz tridimensional (3D) compacta, estable, con una porosidad ajustable e interconectada en todas las direcciones, todo ello cualidades que favorecen la carga y posterior liberación de fármacos. Además, esta técnica de fabricación permite ajustar tanto el tamaño de fibra como el tamaño de la propia esponja y se pueden crear a partir de distintos materiales, incluyendo polímeros degradables.

Respecto a la carga de fármacos en la esponja, se puede realizar o bien incorporando el fármaco en la disolución que se emplea durante el electrospinning, de manera que forma parte de las propias fibras, o bien incorporándolo a los poros de la PFS una vez creada. La elección de un método u otro dependerá de la naturaleza del propio fármaco y del perfil de liberación que se quiera conseguir.

En las PFSs, los parámetros que determinan su capacidad de retención y de liberación de fármacos son su permeabilidad y su hidrofobicidad. Sin embargo, los mecanismos fundamentales que ocurren en el interior de las PFSs durante estos procesos de carga y liberación de fármacos son todavía poco conocidos. Por ello, el objetivo de esta publicación científica es investigar estos procesos con mayor detalle mediante técnicas no invasivas.

 

Materiales y métodos

La PFS que se ha caracterizado fue fabricada a partir de fibras de PLA (polylactide acid) obtenidas mediante electrospinning. Para lograr la forma cilíndrica, las fibras se conformaron mediante secado en frío, dando lugar a una PFS con una densidad de 12.5 mg/cm3, una altura de 6.1 mm y un diámetro de 8.0 mm. Para ajustar el perfil de liberación de fármacos, se ha recubierto la PFS con PPX (poly(para xylylene)) mediante deposición química de vapor (CVD, chemical vapor deposition), incrementando su densidad final hasta los 28 mg/cm3.

Las técnicas no invasivas que se han utilizado para caracterizar la absorción de líquidos y su posterior liberación en la PFS han sido:

  • µCT (micro Computed Tomography) para registrar imágenes 3D de la distribución de líquido y aire dentro de la PFS durante la carga y liberación del fármaco.
  • NMR (Nuclear Magnetic Resonance) para estudiar los coeficientes de difusión.
  • Espectroscopía e imagen EPR (Electron Paramagnetic Resonance) para registrar la cantidad de líquido que la PFS era capaz de absorber a lo largo del tiempo.

 

Resultados

Desde el punto de vista mecánico, las PFSs son capaces de mantener su forma y elasticidad en todas las pruebas llevadas a cabo, tanto en seco como en condiciones de carga de líquidos. Además, los resultados demuestran que las PFSs retienen los líquidos dentro de su estructura y preservan el fármaco en una determinada geometría.

Los resultados también muestran que se pueden se pueden ajustar las propiedades de las PFSs a través de la adición de excipientes y recubrimientos durante su fabricación, de manera que se logren las características de liberación de fármacos deseada.

Por todo ello, las PFSs fabricadas mediante fibras obtenidas a través de electrospinning se muestran como un soporte muy versátil para el suministro controlado de fármacos en diversas aplicaciones, como las farmacéuticas o las de ingeniería de tejidos.

 

Referencias:

Noninvasive characterization (EPR, μCT, NMR) of 3D PLA electrospun fiber sponges for controlled drug delivery

International Journal of Pharmaceutics: X 2 (2020) 100055

Electrospinning de materiales cerámicos

Introducción

Los materiales cerámicos son ampliamente conocidos por su resistencia a altas temperaturas, su estabilidad química, y sus elevadas propiedades mecánicas y eléctricas. Los materiales cerámicos se pueden presentar de distintas maneras, incluyendo nanopartículas (0D), nanofibras (1D), finas capas o recubrimientos (2D) y cerámica maciza (3D).

En los últimos años, el electrospinning de materiales cerámicos ha despertado el interés por su capacidad de producir nanofibras cerámicas con propiedades únicas.

Electrospinning con materiales cerámicos

En el contexto de los materiales cerámicos, y dado que no son susceptibles de disponer en una disolución de forma directa, el proceso de electrospinning para conseguir nanofibras cerámicas típicamente incluye la incorporación de un precursor cerámico a una disolución polimérica (usando un polímero con alta capacidad de procesarse de forma estable mediante electrospinning). Los principales pasos para la obtención de nanofibras cerámicas son:

  • Preparación de la disolución polimérica: dado que una disolución hecha sólo con precursores cerámicos no tiene suficiente viscosidad para formar un jet durante el proceso de electrospinning (y la viscosidad es uno de los parámetros esenciales en el proceso de electrospinning), generalmente se suele añadir un polímero compatible. La elección del polímero y del precursor cerámico, así como su concentración y proporción, dependen de las propiedades deseadas en las nanofibras cerámicas finales. Otra opción es emplear el proceso sol-gel, que incluye una etapa de polimerización.
  • Proceso de electrospinning: la disolución se carga en una jeringa (en el caso de un equipo de electrospinning a escala laboratorio), y se aplica un alto voltaje entre la aguja y el colector. El campo eléctrico provoca que la disolución forme lo que se conoce como cono de Taylor en la punta de la aguja, lo que a su vez genera un jet. Este jet se estira y, durante su trayecto entre emisor y colector, el disolvente se evapora y se generan las nanofibras solidificadas. En este punto, el precursor cerámico está embebido en las nanofibras poliméricas.
  • Tratamiento de calor (post-proceso): las nanofibras cerámicas electroestiradas se suelen someter a un tratamiento de calcinación en forma de procesos de post pirolisis, hidrotermales y carbotermales. Estos tratamientos eliminan el polímero, de manera que las nanofibras resultantes están compuestas exclusivamente por el material cerámico. Estos tratamientos también mejoran las propiedades superficiales de las nanofibras. Si el objetivo es obtener nanofibras híbridas del tipo polímero- cerámico, el tratamiento de calor puede no ser necesario, o bien las condiciones del mismo pueden variar, según el tipo de electrospun material que se persiga obtener.

Materiales y precursores cerámicos

Existen varios materiales cerámicos que han sido procesados mediante electrospinning con éxito, lo que permitide que el número de aplicaciones siga creciendo. Algunos ejemplos de materiales cerámicos incluyen óxidos (ej. TiO2, ZnO, SiO2), carburos (ej. SiC), nitruros (ej. BN), y composites. La elección del precursor cerámico influye en las propiedades de las nanofibras resultantes, tales como su resistencia mecánica, conductividad eléctrica y estabilidad térmica.

Las fibras de composite que combinan polímeros con materiales cerámicos están despertando mucho interés. Estos composites a menudo poseen propiedades mecánicas, térmicas o eléctricas mejoradas respecto a sus componentes individuales.

Composites polímero-cerámico: mediante una cuidadosa selección de polímeros y precursores cerámicos, los investigadores crean compuestos que aprovechan las propiedades deseables de ambos componentes. La técnica de electrospinning puede generar nanofibras de composites polímero-cerámicos. Estos composites tienen aplicaciones en un amplio rango de campos, desde aeroespacial hasta electrónica.

Composites carbono-cerámico: el electrospinning ha jugado un papel clave a la hora de producir composites carbono-cerámico. Estos materiales muestran una estabilidad mecánica y térmica mejorada, haciéndolos adecuados para aplicaciones de alta temperatura.

Aplicaciones de las nanofibras cerámicas obtenidas mediante electrospinning

Algunas de sus aplicaciones incluyen:

  • Catálisis: las nanofibras cerámicas, con su alta área superficial, son una excelente plataforma para aplicaciones catalíticas. Pruebas de catálisis realizadas con nanofibras cerámicas obtenidas mediante electrospinning muestran mayor actividad y estabilidad, haciéndolas valiosas para aplicaciones industriales.
  • Sensores: las nanofibras cerámicas obtenidas mediante electrospinning están siendo investigadas para su uso en sensores debido a su alta relación entre superficie y volumen. Se pueden emplear en sensores de gas y humedad, y en biosensores, ya que poseen una alta sensibilidad a los cambios en el ambiente.
  • Almacenamiento de energía: las nanofibras cerámicas juegan un papel protagonista en dispositivos de almacenamiento de energía, tales como baterías de iones de litio y supercondensadores. Su estructura singular facilita ciclos de carga/descarga rápidos, mejorando el rendimiento de estos dispositivos. Las membranas de nanofibras por electrospinning, suelen generar una alta densidad energética y un buen trasiego electrónico. Es por ello que el electrospinning está despuntando también en aplicaciones relacionadas con la energía.
  • Ingeniería de tejidos: en el campo biomédico, las nanofibras cerámicas se están investigando para aplicaciones de ingeniería de tejidos. Estas fibras pueden proporcionar un andamiaje que replica la matriz extracelular, promoviendo la adhesión y crecimiento celular. El electrospinning es una de las técnicas que más se están explorando últimamente en el campo de ingeniería de tejidos.
  • Filtración: la alta porosidad y el pequeño tamaño de poro de las nanofibras cerámicas producidas por electrospinning las hacen adecuadas para determinadas aplicaciones de filtración. Se han empleado con éxito en sistemas de filtración de aire y agua, demostrando su capacidad y eficiencia de separar partículas.

Retos y sostenibilidad

Entre los principales retos que existen en la obtención de nanofibras cerámicas destaca conseguir una distribución homogénea del precursor cerámico dentro de la matriz polimérica, ya que esto es crítico para la formación de nanofibras cerámicas uniformes. Los investigadores actualmente se enfrentan a retos relacionados con la separación de fases durante el proceso de electrospinning para mejorar la calidad general de las nanofibras.

Por otro lado, los investigadores están explorando el uso de precursores cerámicos que sean eco-friendly con el objetivo de desarrollar métodos sostenibles para la producción a gran escala a la vez que se reduce el impacto medioambiental.

Conclusiones

El electrospinning ha emergido como una técnica especialmente indicada para producir nanofibras cerámicas debido a su bajo coste, facilidad en la preparación de la disolución que contiene el precursor cerámico y el polímero, y su capacidad de generar nanofibras sólidas y huecas. Las propiedades de las nanofibras obtenidas mediante electrospinning son superiores respecto a su equivalente macizo bebido a su reducido peso, así como a su estructura porosa y su alta área superficial.

Las aplicaciones de las nanofibras cerámicas son amplias, abarcando desde la catálisis y el almacenamiento de energía a la ingeniería de tejidos. Las propiedades únicas que exhiben las nanofibras cerámicas siguen impulsando la innovación en distintos campos. La investigación que se está llevando a cabo intenta resolver retos relacionados con la formulación de la disolución, la separación de fases y el escalado del proceso. También se están explorando alternativas más sostenibles y aplicaciones eco-friendly, asegurando el crecimiento continuo del electrospinning en el campo de los materiales cerámicos.

En el Grupo Bioinicia, tenemos experiencia en el procesado de algunos materiales cerámicos mediante electrospinning. Asimismo, algunos de nuestros clientes usuarios de equipos de electrospinning Fluidnatek, son especialistas en aplicaciones cerámicas con nanofibras de electrospinning, con un resultado positivo y satisfactorio del uso de la tecnología Fluidnatek para electrospinning y electrospraying.

 

Referencias

[1] B. Sahoo et al., “Electrospinning of functional ceramic nanofibers”, Open Ceramics 11 (2022) 100291.

[2] H. Esfahani et al., “Electrospun Ceramic Nanofiber Mats Today: Synthesis, Properties, and Applications”, Materials 2017, 10, 1238.

Aplicaciones Oftalmológicas del electrospinning

Ophthalmologic applications of electrospinning

Introducción

En los últimos años, el electrospinning ha despertado mucho interés en el campo biomédico de la oftalmología debido a las posibilidades que ofrece para el tratamiento de diversas patologías que afectan al ojo. Especialmente con la proliferación de biomateriales disponibles para electrospinning.

El electrospinning es una técnica de producción de fibras basada en el uso de potentes campos eléctricos, los cuales se aplican a una disolución formada por uno o más polímeros (y alternativamente otro tipo de materiales también, incluyendo incluso materiales biológicos) y uno o más disolventes. Esta disolución, generalmente contenida en un recipiente tipo jeringa cuando trabajamos a escala laboratorio, sale impulsada por una bomba a través de una aguja o un capilar. En electrospinning, se aplica un alto voltaje a la punta de la aguja, de manera que la acumulación de cargas eléctricas en la superficie de la gota produce un efecto de repulsión eléctrica entre las partículas de la disolución, hasta que finalmente la fuerza eléctrica supera a la tensión superficial de la gota, estirándola hasta generar un jet. A medida que el jet se desplaza hacia el colector, el cual está a voltaje cero o negativo, el disolvente se evapora, generando fibras de polímero que finalmente se depositan sobre el colector.

Las fibras generadas mediante electrospinning pueden variar desde el rango nanométrico y micrométrico según interese en cada aplicación en particular, lo que resulta muy interesante para aplicaciones biomédicas, ya que la adecuada selección del polímero permite crear estructuras fibrilares que por tamaño y disposición se asemejan a la matriz extracelular (ECM). Es posible utilizar diversos biomateriales para electrospinning: biopolímeros, polímeros bioabsorbibles, polímeros no bioabsorbibles, etc, siempre y cuando sean de grado biomédico.

Aplicaciones de electrospinning en oftalmología

La visión es uno de los cinco sentidos primarios del ser humano, por lo que cualquier patología que afecta al sistema ocular tiene un gran impacto en la calidad de vida de las personas. Según un informe de la Organización Mundial de la Salud, al menos 2.200 millones de personas en el mundo sufren patologías relacionadas con la visión [1]. De ellas, se estima que casi 1.000 millones podrían ser evitables o tratables [2].

En este contexto, las fibras generadas a partir de biomateriales para electrospinning ofrecen una serie de ventajas en el desarrollo de nuevas terapias oculares. Las nanofibras ofrecen un área superficial muy alta, lo que resulta ventajoso para aplicaciones de regeneración de tejidos y de liberación controlada de fármacos. Además, la porosidad ajustable de las matrices compuestas por nanofibras favorece el crecimiento y la proliferación celular, además de no interferir con la respiración de los tejidos ni con el intercambio gaseoso.

Principales aplicaciones de electrospinning en oftalmología

  1. Liberación controlada de fármacos

El electrospinning se está empleando para crear matrices de nanofibras en las que se incorporan fármacos y principios activos. La configuración espacial de las nanofibras permite una liberación sostenida y controlada de fármacos en el ojo, de forma muy eficiente. La matriz de nanofibras está basada en biomateriales para electrospinning seleccionados adecuadamente según requiera la aplicación.

Por ejemplo, en el tratamiento del glaucoma, la liberación controlada de fármacos puede reducir la presión intraocular durante un mayor período de tiempo. Por otra parte, si la matriz de nanofibras se carga con agentes antiinflamatorios, se puede tratar de forma más efectiva patologías como la uveítis o la inflamación post operatoria. Si se utilizan antibióticos, se pueden tratar las infecciones de la córnea.

  1. Ingeniería de tejidos oculares

Las matrices de nanofibras generadas con biomateriales para electrospinning suponen el soporte ideal para la ingeniería de tejidos oculares debido a su semejanza con la matriz extracelular, de manera que favorecen la adhesión y proliferación celular, así como la regeneración de tejidos dañados en el ojo. Estas matrices de nanofibras pueden sustituir a tejido de la córnea que ha sido dañado, así como contribuir a la regeneración de los nervios retinal y óptico.

  1. Dispositivos médicos oculares

Los dispositivos médicos oculares, tales como lentes intraoculares, implantes de córnea artificial, o incluso las lentillas, pueden beneficiarse de la posibilidad de depositar una fina capa de nanofibras sobre ellos, o alrededor de ellos. De esta manera, esa capa de nanofibras actuará como interfase entre el dispositivo médico y el ojo, estimulando el crecimiento de células propias alrededor del dispositivo, lo que permite aumentar su biocompatibilidad y con ello reducir la posibilidad de rechazo. En dispositivos intraoculares, esta interfase de nanofibras y la posterior proliferación celular también ayuda a fijar mejor el implante dentro del ojo.

Conclusiones

El electrospinning es una técnica muy versátil que tiene numerosas aplicaciones en el campo de la oftalmología debido a la capacidad que tiene de controlar las características de las nanofibras que se obtienen. Estas aplicaciones están en constante evolución y mejora gracias a los nuevos biomateriales para electrospinning cada vez más disponibles. Los avances en electrospinning y sus aplicaciones en oftalmología van a permitir a investigadores y médicos disponer de una potente herramienta que mejore la calidad de vida de las personas con patologías oculares.

Referencias

[1] D. Sakpal et al., “Recent advancements in polymeric nanofibers for ophthalmic drug delivery

and ophthalmic tissue engineering,” in Biomaterials Advances 141 (2022) 213124.

[2] D. Mishra et al., “Ocular application of electrospun materials for drug delivery and cellular

therapies,” in Drug Discovery Today vol. 28, num. 9, 2023.

Tejidos electrospun para la ingeniería renal: en el camino hacia los organoides renales

Tejidos electroespun para la ingeniería renal

La insuficiencia renal crónica es una de las enfermedades más mortales en todo el mundo. Los métodos actuales de curación dependen, en su mayoría, de trasplantes y diálisis. La ingeniería de tejidos renales in vitro a partir de células madre pluripotentes inducidas podría aportar una solución al restaurar la función de los riñones dañados. El electrospinning es una técnica que ha demostrado ser prometedora en el desarrollo de microambientes fisiológicos para varios tejidos y podría aplicarse también en la ingeniería de tejidos renales.

Hasta ahora, se han probado varios enfoques con el electrospinning. Se han explorado polímeros sintéticos como PCL, PLA y PVOH para la fabricación de fibras que promueven la proliferación e interacciones célula-célula de las células renales. También se han explorado polímeros naturales como la fibroína de seda, tanto por sí solos, como en combinación con polímeros sintéticos, que promueven la diferenciación de podocitos y células tubulares específicas. Los polímeros naturales son muy interesantes, pero en muchos casos no proporcionan la resistencia mecánica requerida, por lo que se combinan con polímeros sintéticos que pueden equilibrar la falta de resistencia.

Además, el uso de la técnica de electrospinning en combinación con otros métodos de fabricación como la bioimpresión son muy prometedores con el objetivo de desarrollar organoides renales más organizados, maduros y reproducibles. Es importante tener en cuenta que el comportamiento de las células renales depende en gran medida del complejo microentorno tridimensional.

Los organoides renales derivados de humanos, que inducen a células madre pluripotentes, pueden ser modelos tridimensionales atractivos para diferentes propósitos, como modelizar el desarrollo embrionario del riñón, o enfermedades y regeneración renales. La técnica de electrospinning también es compatible con células vivas, encapsulándolas en el entorno deseado.

Los biomateriales de electrospinning, con sus versátiles características, se utilizan cada vez más en el campo de la ingeniería tisular. Estos biomateriales ofrecen un inmenso potencial en la creación de andamiajes que favorecen el crecimiento y la diferenciación celular, lo que es crucial para la regeneración de tejidos. También se está estudiando el potencial de los biomateriales de electrospinning para la liberación controlada de fármacos, lo que aumenta la eficacia de las terapias en diversas aplicaciones biomédicas.

El electrospinning ha demostrado ser una técnica prometedora para desarrollar tejidos renales in vitro. Sin embargo, sigue siendo un desafío la falta de conocimiento sobre el estímulo específico necesario para crear organoides renales.

Para obtener más información, se puede consultar el artículo escrito por Claudia C. Miranda, Mariana Ramalho, Mariana Moço, Joaquim Cabral, Federico Castelo Ferreira y Paola Sanjuan-Alberte, de la Universidade de Lisboa.

We invite you to our webinar «Elastin-Based Nanofibers for Advanced Wound Care: Innovation Driven by Electrospinning»

Desde Bioinicia Fluidnatek queremos invitarles a nuestro Webinar de alto valor en colaboración con la compañía biomédica alemana Matrihealth.

Fecha: November 22nd, 2023.
Hora: 5 p.m. CET / 11 a.m. ET (US) / 8 a.m. PT (US).

Resumen

La matriz extracelular (MEC) está compuesta por una red fibrosa de proteínas estructurales que mejoran las propiedades mecánicas de los tejidos y ofrecen soporte celular. La elastina, una proteína estructural fundamental de la MEC, es el principal componente de las fibras elásticas y la responsable de la elasticidad y resistencia de tejidos y órganos. Sin embargo, la elastina no se repone a lo largo de la vida, lo que provoca la degeneración de los tejidos y la pérdida de sus funciones. En respuesta a este reto, hemos ideado biomateriales con propiedades mecánicas personalizables como solución prometedora para contrarrestar el deterioro de la función cutánea relacionado con la edad y las lesiones. Aislamos y procesamos la elastina mediante un proceso propio y escalable industrialmente para desarrollar materiales compuestos de elastina/colágeno no-tejidos mediante electrospinning y la reticulación química. La elastina procesada se integró con éxito en no-tejidos electrospun en cantidades elevadas de hasta el 90%. La elastina reduce significativamente el módulo elástico de las nanofibras al tiempo que aumenta la porosidad del vellón. Estos materiales totalmente absorbibles no eran citotóxicos, tenían un bajo potencial irritativo y resultaron ser excelentes andamios para el cultivo de células. Además, los niveles de endotoxinas de la elastina procesada y los no-tejidos reticulados resultaron ser inferiores a 10 EU/g y 5 EU/g, respectivamente, y el material no provoca reacciones tisulares adversas tras su implantación. Nuestro trabajo ha dado lugar a una plataforma versátil para la producción a escala industrial y rentable de elastina y materiales no-tejidos sintonizables producidos por electrospinning para una amplia gama de aplicaciones biomédicas.

Sobre el experto

Tobias Hedtke es el Director de Tecnología (CTO) y Co-fundador de matrihealth. Estudió bioquímica en la Universidad Martin Luther de Halle-Wittenberg y obtuvo su máster en 2016. Desde 2017, ha sido investigador asociado en el Instituto Fraunhofer de Microestructura de Materiales y Sistemas IMWS en Halle (Saale), Alemania, especializado en el desarrollo y caracterización de biomateriales basados en proteínas. Está realizando su doctorado en la elucidación de la estructura molecular de la elastina y está utilizando estos nuevos conocimientos para desarrollar nuevos biomateriales basados en elastina. Desde octubre de 2022, es responsable de tecnología, producción y desarrollo de productos en matrihealth GmbH.

Acerca de matrihealth

matrihealth GmbH es una start-up de ciencias de la vida fundada en octubre de 2022 como spin-off del Instituto Fraunhofer de Microestructura de Materiales y Sistemas IMWS de Halle (Saale), Alemania. matrihealth está especializada en el aislamiento y procesamiento de elastina, que se venderá como materia prima en los sectores de I+D, cosmética, nutrición y mercado médico. Para ello, el equipo de matrihealth ha desarrollado un proceso propio y escalable industrialmente que permite la producción rentable de esta materia prima de alta calidad. Otro objetivo de matrihealth es el desarrollo de biomateriales para el tratamiento de heridas complejas y crónicas, que en el futuro se convertirán en productos para el tratamiento de heridas.

www.matrihealth.com

Esperamos poder darle la bienvenida.

 

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