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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.

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