Desarrollo de un dispositivo para estimulación eléctrica de células neurales in vitro

Abstract

[ES] La problemática asociada a las patologías del sistema nervioso viene del limitado potencial de regeneración de los tejidos nerviosos, y especialmente del SNC. Las lesiones en estos tejidos suponen un importante problema de salud pública pues su incidencia y prevalencia son muy elevadas, dado que el tejido no se recupera y la lesión es de por vida. Esto supone un coste económico elevado para el sistema sanitario y una baja autoestima por parte del paciente lesionado. En este contexto y para solventar este tipo de lesiones, ha surgido y cobra cada vez más importancia, la ingeniería tisular. Para el sistema nervioso, una aproximación consiste en combinar neuronas y células de soporte en un biomaterial electroconductor que permita la estimulación eléctrica, ya que este estímulo físico es necesario para el correcto desarrollo, funcionamiento y reparación del sistema nervioso. El presente Trabajo de Fin de Grado se enmarca en este campo de estudio: la regeneración axonal empleando corrientes eléctricas constantes para favorecer la producción de señales de regeneración nerviosa como la secreción de proteínas por parte de las células de soporte y guiar la extensión de las neuritas. Para ello, se ha desarrollado y obtenido un dispositivo para el cultivo celular in vitro que permite la integración de fibras guía de Ácido poli-L-láctico (PLA) recubiertas con biomateriales electroconductores como polipirrol (PPy) y oro que pueden acoplarse a un generador de corriente eléctrica. En estas fibras se cultivan células de soporte como células de Schwann (SCs) y neuronas procedentes del ganglio de la raíz dorsal (DRG). Este enfoque, a diferencia de emplear estimulación in vivo, está basada en promover la regeneración nerviosa tras una lesión mediante el trasplante de tractos axonales obtenidos in vitro empleando ingeniería tisular.

[EN] Several issues associated to nervous system pathologies come from the limited potential for regeneration of nervous tissues, especially the CNS. Injuries to these tissues portray a major public health problem since their incidence and prevalence are very high, given that the tissue does not recover and the injury can affect the whole lifespan of the patient. This entails a high economic cost for the sanitary system and a low self-esteem for the injured person. In this context and to solve this type of injury, tissue engineering has emerged and is becoming increasingly important. For the nervous system, one approach is to combine neurons and supporting cells in an electroconductive biomaterial that allows electrical stimulation, since this physical stimulus is necessary for the proper development, function, and repair of the nervous system.

The present End-of-Degree Project is enclosed within this field of study: axonal regeneration using constant electric currents to enhance the production of nerve regeneration signals such as secretion of proteins by supporting cells and guide neurite extension. To this end, a device for in vitro cell culture has been developed and obtained which allows the integration of guidance fibers of poly-L-lactic acid (PLA) coated with electroconductive biomaterials such as polypyrrole (PPy) and gold that can be coupled to an electric current generator. Supporting cells such as Schwann cells (SCs) and dorsal root ganglion neurons (DRG) are grown on these fibers. This approach, unlike utilizing stimulation in vivo, is based on promoting nerve regeneration after injury by transplanting axonal tracts obtained in vitro using tissue engineering.