Desarrollo de membranas basadas en policaprolactona, ácido poliláctico y sus mezclas, cargadas con curcumina, mediante electrohilado uni- y co-axial para aplicaciones en Ingeniería Tisular

Abstract

[ES] La Ingeniería Tisular actualmente trata de combinar biomateriales y moléculas biológicamente activas a liberar con el fin de influir y alterar el comportamiento celular, ofreciendo la posibilidad de tratar enfermedades y lesiones mediante procedimientos regenerativos. El presente Trabajo de Fin de Grado se basa en definir el procedimiento de obtención de membranas electrohiladas de ácido poliláctico, policaprolactona y su mezcla al 50% cargados con un fármaco, la curcumina, a partir de dos configuraciones distintas de la técnica de electrohilado (electrospinning): una a partir de la configuración uniaxial -obteniéndose microfibras poliméricas impregnadas del fármaco- y otra a partir de la configuración coaxial -consiguiéndose microfibras poliméricas huecas con estructura de núcleo y cubierta en cuyo interior se encuentra el fármaco-. Para ello se han realizado ensayos en busca de los parámetros óptimos en electrospinning para conseguir fibras homogéneas con diámetros análogos en todas las membranas. Los diámetros seleccionados en torno a 1,7 µm han demostrado, en trabajos previos del grupo de investigación y fuera del marco de este trabajo académico, ser adecuados para cultivo y promover la diferenciación de células de linaje osteoblástico. Se ha realizado un estudio morfológico de las membranas obtenidas, a partir de distintas técnicas de microscopía (óptica y electrónica de barrido -SEM-) y el tratamiento de imagen para examinar la distribución de diámetro. Además, se ha evaluado la estructura química a partir de la espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) en pos de comprobar la presencia del fármaco en las membranas y, por tanto, su exitosa fabricación. Como resultado principal del trabajo, cabe decir que se ha obtenido el procedimiento para electrohilar los tres sistemas poliméricos (homopolímeros y blendas) con el diámetro de fibra requerido. Se ha conseguido fabricar y caracterizar las membranas modelo sin fármaco con los tres polímeros y las tres membranas cargadas con curcumina en la configuración uniaxial. El estudio del perfil cinético de liberación del fármaco, y de la degradación simultánea de las fibras, quedan, no obstante, fuera del marco del trabajo. Estas membranas biodegradables pueden encontrar aplicación como soportes porosos de cultivo o para la regeneración de tejidos donde estas estructuras porosas planas puedan ser de interés y la liberación prolongada de un fármaco como la curcumina, o quizá también como soportes antibacterianos.

[EN] Nowadays, Tissue Engineering is focusing to combine biomaterials and active biological molecules in order to influence and alter cellular behaviour offering the possibility to treat illness and injuries through regenerative procedures. The presented bachelor's degree work is based on defining the procedure for obtaining electrospun membranes based on polylactic acid, polycaprolactone and their blend 50:50 loaded with a drug, curcumin, from two different configurations in the electrospinning technique: one from the uniaxial configuration -obtaining polymeric microfibers impregnated with the drug- and the other from the coaxial configuration -obtaining hollow polymeric microfibers with a core-shell structure with the drug in the core. In order to achieve it, trials have been made in search of optimum parameters in electrospinning to find homogeneous fibres with a similar diameter in all the membranes. These diameters have demonstrated, in previous works of the research groups and outside the framework of this academic work, to be suitable for culture and promote the differentiation of osteoblastic lineage cells. A morphological study of the fabricated membranes has been carried through from different types of microscopy (optical and scanning electron) and by image processing to inspect the diameter distribution. Moreover, the chemical structure has been evaluated from Fourier Transform Infrared Spectroscopy in order to check the presence of the drug in the membrane and, in a result of that, his successful production. As main result of this work, it can be said that the procedure for electrospinning the three polymeric systems (homopolymers and blends) with the required fibre diameter has been set up. It has been possible to manufacture and characterize the drug-free model membranes with the three polymers and the three curcumin loaded membranes in the uniaxial configuration. The study of the kinetic profile of drug release, and the simultaneous degradation of the fibres are, however, outside the scope of this work. These biodegradable membranes may find application as porous culture media or for tissue regeneration where these flat porous structures may be of interest and the prolonged release of a drug such as curcumin, or perhaps also as antibacterial media.

[CA] L'Enginyeria Tissular actualment tracta de combinar biomaterials i molècules biològicament actives a fi d'influir i alterar el comportament cel·lular oferint la possibilitat de tractar malalties i lesions per mitjà de procediments regeneratius. El present Treball de Fi de Grau es basa en l'obtenció de membranes electrohilades d'àcid polilàctic, policaprolactona i la seua mescla al 50% carregats amb un fàrmac, la curcumina, a partir de dos configuracions diferents de la tècnica d'electrofilat (electrospinning): una a partir de la configuració uniaxial -obtenint microfibres polimèriques impregnades del fàrmac- i una altra a partir de la configuració coaxial - aconseguint-se microfibres polimèriques buides amb estructura de nucli i coberta en l'interior de la qual es troba el fàrmac-. Per a això s'han realitzat assajos a la cerca dels paràmetres òptims en electrospinning per a aconseguir fibres homogènies amb un diàmetre semblant en totes les membranes. Estos diàmetres han demostrat, en treballs previs del grup d'investigació i fora del marc d'este treball acadèmic, ser adequats per a cultiu i promoure la diferenciació de cèl·lules de llinatge osteoblàstic. S'ha realitzat un estudi morfològic de les membranes obtingudes, a partir de distintes tècniques de microscòpia (òptica i electrònica d'agranat -SEM-) i el tractament d'imatge per a examinar la distribució de diàmetre. A més, s'ha avaluat l'estructura química a partir de l'espectroscòpia infraroja per transformada de Fourier (FTIR) darrere de comprovar la presència del fàrmac en les membranes i, per tant, la seua reeixida fabricació. Com resultat principal del treball, cal dir que s'ha obtingut el procediment per a electrofilar els tres sistemes polimèriques (homopolímers i blendes) amb el diàmetre de fibra requerit. S'ha aconseguit fabricar i caracteritzar les membranes model sense fàrmac amb els tres polímers i les tres membranes carregades amb curcumina en la configuració uniaxial. L'estudi del perfil cinètic d'alliberament del fàrmac, i de la degradació simultània de les fibres, queden fora del marc d’aquest treball. Estes membranes biodegradables poden trobar aplicació com a suports poroses de cultiu o per a la regeneració de teixits on estes estructures poroses planes puguen ser d'interés i l'alliberament prolongada d'un fàrmac com la curcumina, o potser també com a suports antibacterians.