Fabricación, caracterización y evaluación biológica de microfibras de ácido poli-L-láctico recubiertas con nanotubos de carbono para la regeneración neuronal mediante estimulación eléctrica

Abstract

[ES] Las lesiones del sistema nervioso provocan desórdenes neurológicos de naturaleza cognitiva, motora y psíquica que afectan a millones de personas de todo el mundo. Las lesiones del sistema nervioso periférico (SNP) son comunes en la clínica y plantean uno de los mayores problemas en los centros de traumatología, mientras que las lesiones del sistema nervioso central (SNC) son de tipo complejo debido a su baja capacidad de regeneración. Aunque el SNP tiene una mayor habilidad de regeneración axonal que el SNC, su regeneración autónoma casi siempre resulta incompleta, lo que conlleva un déficit funcional permanente. Actualmente, los principales tratamientos para las lesiones del SNP son los trasplantes de injertos autólogos y alogénicos. Sin embargo, los injertos autólogos presentan un limitado suministro nervioso y la desventaja de la morbilidad, mientras que los injertos alogénicos tienen asociado un elevado riesgo de rechazo. Estos tratamientos para el SNC son aún más limitados, dada su reducida capacidad de regeneración autónoma. Ante estas dificultades, nace el campo interdisciplinar de la ingeniería tisular neuronal (ITN), que tiene como objetivo diseñar y fabricar tejidos neuronales artificiales a partir de biomateriales y células bioactivas, con el fin reparar y reemplazar el tejido en la localización de la lesión. Como sustituto de los injertos, la ITN ha diseñado un scaffold de forma cilíndrica, llamado conducto de guía neural (CGN), que actúa como matriz de soporte para la adhesión y el crecimiento guiado de las células de Schwann (CSs). Gran parte de la investigación de la ITN está residiendo en la creación de configuraciones de mayor complejidad que el CGN con lumen hueco. Es por ello que, para este trabajo final de grado, se propone una novedosa configuración: rellenar el lumen del CGN con filamentos electroconductores consistentes en microfibras de ácido poli-L-láctico (PLLA) recubiertas con nanotubos de carbono (CNTs), con la finalidad de promover la regeneración neuronal de forma rápida y completa a través de campos eléctricos, tanto externos como de la propia actividad bioeléctrica. Posteriormente, el producto resultante se caracteriza morfológica, física y químicamente y, finalmente, se avalúa biológicamente in vitro para comprobar propiedades fundamentales como biocompatibilidad e incremento de la velocidad de extensión axonal.

[CA] Les lesions del sistema nerviós provoquen desordres neurològics de naturalesa cognitiva, motora i psíquica que afecten milions de persones de tot el món. Les lesions del sistema nerviós perifèric (SNP) són comuns en la clínica i plantegen un dels majors problemes en els centres de traumatologia, mentres que les lesions del sistema nerviós central (SNC) són de tipus complex a causa de la seua baixa capacitat de regeneració. Encara que el SNP té una major habilitat de regeneració axonal que el SNC, la seua regeneració autònoma quasi sempre resulta incompleta, la qual cosa comporta un dèficit funcional permanent. Actualment, els principals tractaments per a les lesions del SNP són els trasplantaments d’empelts autòlegs i al·logenics. No obstant això, els empelts autòlegs presenten un limitat subministrament nerviós i el desavantatge de la morbiditat, mentres que els empelts al·logènics tenen associat un elevat risc de rebuig. Estos tractaments per al SNC són encara més limitats, donada la seua reduïda capacitat de regeneració autònoma. Davant d’aquestes dificultats, naix el camp interdisciplinari de l’enginyeria tissular neuronal (ETN), que té com a objectiu dissenyar i fabricar teixits neuronals artificials a partir de biomaterials i cèl·lules bioactives, amb el fi de reparar i reemplaçar el teixit en la localització de la lesió. Com a substitut dels empelts, l’ETN ha dissenyat un scaffold de forma cilíndrica, nomenat conducte de guia neural (CGN), que actua com a matriu de suport per a l’adhesió i el creixement guiat de les cèl·lules de Schwann (CSs). Gran part de la investigació de l’ETN està residint en la creació de configuracions de major complexitat que el CGN amb lumen buit. És per això que, per a este treball final de grau, es proposa una nova configuració: omplir el lumen del CGN amb filaments electroconductors consistents en microfibres d’àcid poli-L-làctic (PLLA) recobertes amb nanotubs de carboni (CNTs), amb la finalitat de promoure la regeneració neuronal de forma ràpida i completa a través de camps elèctrics, tant externs com de la pròpia activitat bioelèctrica. Posteriorment, el producte resultat es caracteritza morfològica, física i químicament i, finalment, s’avalua biològicament in vitro per a comprovar propietats fonamentals com biocompatibilitat, biodegradabilitat i increment de la velocitat d’extensió axonal.

[EN] Nervous system injuries cause neurological disorders of a cognitive, motor and psychic nature that affect millions of people worldwide. Peripheral nerve system (PNS) injuries are common in the clinic and pose one of the biggest problems in trauma centers, while injuries of the central nervous system (CNS) are complex due to their low regenerative capacity. Although the PNS has a greater ability for axonal regeneration than the CNS, its autonomous regeneration is almost always incomplete, leading to a permanent functional deficit. Currently, the main treatments for PNS lesions are autologous and allogeneic graft transplants. However, autologous grafts have a limited nerve supply and the disadvantage of morbidity, while allogeneic grafts have an associated high risk of rejection. These CNS treatments are even more limited, given their reduced capacity for autonomous regeneration. Faced with these difficulties, the interdisciplinary field of neural tissue engineering (NTE) was born, which aims to design and manufacture artificial neuronal tissues from biomaterials and bioactive cells, in order to repair and replace the tissue at the location of the lesion. As a substitute for grafts, ETN has designed a cylindrical-shaped scaffold, called the neural guidance conduit (NGC), which acts as a support matrix for the adhesion and guided growth of Schwann cells (SCs). Much of the ETN’s research is focused on creating more complex configurations than NGC with hollow lumen. For this reason, a new configuration is proposed for this bachelor thesis: to fill the NGC lumen with electroconductive filaments consisting of poly-L-lactic acid (PLLA) microfibers coated with carbon nanotubes (CNTs), in order to promote rapid and complete neuronal regeneration through electrical fields, both external and bioelectrical activity itself. Subsequently, the resulting product is characterized morphologically, physically and chemically and, finally, is evaluated biologically in vitro to verify fundamental properties such as biocompatibility and increased speed of axonal extension.