En este caso práctico, analizamos cómo MARILYS Blanchy, experta en materiales para dispositivos médicos en APPLUS/RESCOLL, abordó los retos que plantea el desarrollo de andamios (scaffolds) biomiméticos avanzados para la regeneración ósea utilizando nuestra tecnología de electrospinning.
Desafío
«En nuestro esfuerzo por crear andamios biomiméticos avanzados, nos enfrentamos a un reto importante: reproducir tejido totalmente funcional y vascularizado. Estos andamios sirven de plantilla, lo que permite que el tejido endógeno se reconstruya o se regenere de forma eficaz».
Solución
Para dar respuesta a estas necesidades, APPLUS/RESCOLL desarrolló un enfoque multimaterial y multiescala que combina un andamio tridimensional que proporciona soporte mecánico con una membrana electrohilada diseñada como depósito de fármacos e interfaz interactiva con las células. Utilizaron el sistema de electrospinning Fluidnatek LE-100 para ajustar con precisión la morfología de las fibras, la arquitectura del andamio y el comportamiento de liberación.
Marilys Blanchy: «Con el equipo Fluidnatek LE-100 podemos controlar el entorno (temperatura y humedad relativa), disponemos de dos fuentes de alta tensión, diferentes geometrías de colectores (giratorios o planos) y podemos ajustar con precisión el caudal y el desplazamiento lineal de la boquilla durante el proceso de fabricación».
Especificaciones empleadas:
- Temperatura 20 – 50° C
- Humedad relativa 10 -90%
- 2 Alto voltaje: 0 – 30 kV et -30-0 kV
- Colector giratorio: 2 diámetros (18 mm y 100 mm), v = 0-2000 rpm
- Flat collector ; 40*40 cm
- Caudales máximo y mínimo: 1.257-0,73 ml/h
- 2 jeringas de bombeo calentadas hasta 120 °C
- X desplazamiento: 0-100 mm/s
Gracias a estas funciones, el equipo:
- Se ajustaron los parámetros del proceso y ambientales, como la humedad relativa, para modificar la calidad de la fibra, el grosor total, la porosidad y la densidad de las zonas de reparación.
- Se fijaron como objetivo unos diámetros de fibra de aproximadamente 1-2 micrómetros y unos espesores de parche comprendidos entre 500 micrómetros y 1 milímetro, y posteriormente se verificaron estos valores experimentalmente.
- Se ha caracterizado y mejorado la humectabilidad de la superficie, partiendo de una matriz altamente hidrófoba con un ángulo de contacto de unos 130°, y actuando sobre el estado de la superficie para obtener una membrana más hidrófila que favorezca la adhesión celular.
- Se han fabricado fibras de tipo núcleo-cubierta utilizando dos soluciones poliméricas, con lo que se han obtenido núcleos de unos 60 nanómetros y cubiertas de entre 120 y 200 nanómetros, tal y como ha confirmado el microscopio electrónico de transmisión.
- Se evaluó la cinética de liberación de una molécula modelo (calcine) a partir de las fibras obtenidas por electrospinning y se demostró que, aunque los perfiles generales de liberación eran similares, la cantidad total liberada podía ajustarse modificando los parámetros del proceso de electrospinning.
Resultados
Mediante la combinación de un proceso de electrospinning controlado con una minuciosa optimización de los materiales y los procesos, APPLUS/RESCOLL demostró que podía:
- Fabricar matrices electrohiladas con un diámetro, un grosor, una porosidad y una densidad de fibra definidos, adecuadas para aplicaciones de ingeniería tisular.
- Modificar la hidrofilia de la superficie para favorecer la adhesión y la integración celular.
- Generar fibras de estructura núcleo-cubierta reproducibles, capaces de encapsular principios activos en forma liposomal y que permitan ajustar la cantidad de liberación a lo largo del tiempo.
- Trabajar para lograr una producción escalable y con consistencia entre lotes utilizando materiales de grado médico, al tiempo que se estudian las condiciones de esterilización para preservar las propiedades tanto de las fibras como de los principios activos incorporados.
«El electrospinning ha demostrado ser un punto de inflexión en nuestra investigación, ampliando los límites de lo que es posible en la ingeniería tisular». Marilys Blanchy.
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