Fabricación y caracterización de biomateriales basados en policaprolactona y ácido poliláctico en su interacción con medio de cultivo acelular

Abstract

[ES] En este TFM, de carácter experimental, se pretende, en primer lugar, desarrollar el procedimiento de fabricación de superficies continuas con rugosidades superficiales muy bajas de policaprolactona, ácido poliláctico y sus copolímeros con ácido glicólico. Estos materiales se emplean, en el ámbito biomédico, como hilos de sutura o sistemas de fijación biodegradables. Se pretende, fuera del marco de este TFM, emplear estos materiales en formato microporoso como soportes de cultivo celular in vitro, mimetizando un segmento de ganglio linfático desde su corteza, y el túbulo renal en el intercambio sangre-orina, con el fin de emplearlos en el testeo de fármacos y reducir la experimentación animal. Es por ello que en una primera etapa, en este TFM, y con el fin de estudiar la interacción de estos materiales con el medio biológico aún acelular (pero con sus proteínas), se hace necesario fabricar los materiales en el formato que se plantea, de modo que se evite cualquier efecto superficial y se puedan comparar las distintas composiciones químicas propuestas. La realización de films poliméricos, con rugosidades máximas inferiores a 40 nm, se obtuvieron mediante la técnica de spin coating, en dinámico. Las superficies de estos materiales fueron caracterizadas mediante ensayos de hinchado, tensión superficial y microscopía de fuerza atómica. Esta última técnica se empleó, posteriormente, para determinar la interacción de estos sustratos con medios cargados con sales y con la proteína fibronectina a distintas concentraciones, con el fin de analizar la adsorción de la misma en función de la química del biomaterial. Las tensiones superficiales y el hinchado de las muestras permitió comparar las propiedades superficiales de los polímeros, comparando los homopolímeros puros, su mezcla y copolímeros. Se concluyó de ellos que los copolímeros tienen propiedades superficiales intermedias a los homopolímeros correspondiente, así como la mezcla. De modo que se puede utilizar mezclas o copolímeros para ajustar propiedades específicas. En cuanto a la adsorción de proteínas, el estudio de las imágenes de microscopía de fuerza atómica mostró que la policaprolactona permite una adsorción de fibronectina en conformación extendida, que retícula sobre la superficie. Además, al incluir GA en la formulación, es posible recubrir la superficie, aunque en una conformación de la proteína más globular.

[CA] En aquest TFM, de caràcter experimental, es pretén, en primer lloc, desenvolupar el procés de fabricació de superfícies continues amb rugositats superficials molt baixes de policaprolactona, àcid polilàctic i els seus copolímers amb àcid glicòlic. Aquests materials s’empren, en l’àmbit biomèdic, com fils de sutura o sistemes de fixació biodegradables. Es pretén, fora del marc d’aquest TFM, emprar aquests materials en format microporós com suports de cultiu cel·lular in vitro, mimetitzant un segment de gangli limfàtic des de la seua escorça, i el túbul renal en el bescanvi sang-orina, amb la fi d’emprar-los en el testatge de fàrmacs i reduir l’experimentació animal. És per això que, en una primera etapa, en aquest TFM, i amb la fi d’estudiar la interacció d’aquests materials amb el medi biològic encara acel·lular (però amb les seus proteïnes), es fa necessari fabricar els materials en el format que es planteja, per tal d’evitar qualsevol efecte superficial i que es puguen comparar les diferents composicions químiques proposades. La realització de films polimèrics, amb rugositats màximes inferiors a 40 nm, es van obtindre mitjançant la tècnica de spin coating, en dinàmic. Les superfícies d’aquests materials van ser caracteritzades amb assajos d’unflat, tensió superficial i microscòpia de força atòmica. Aquesta última tècnica es va emprar, posteriorment, per a determinar la interacció dels substrats amb medis carregats amb sals i amb la proteïna fibronectina a diferents concentracions, amb la fi d’analitzar l’adsorció d’aquesta en funció de la química del biomaterial. Les tensions superficials i l’unflat de les mostres va permetre comparar les propietats superficials del polímers, comparant els homopolímers purs, la mescla i els copolímers. Es va concloure que els copolímers tenen propietats superficials intermèdies als homopolímers, així com la mescla. De mode que es poden emprar mescles o copolímers per a ajustar propietats específiques. Pel que fa a l’adsorció de proteïnes, l’estudi de les imatges de microscòpia de força atòmica va mostrar que la policaprolactona permet una adsorció de fibronectina en conformació estesa, que reticula sobre la superfície. A més, al incloure GA en la formulació, és possible recobrir la superfície, encara que en una conformació de la proteïna més globular.

[EN] In this TFM, of an experimental nature, it is firstly intended to develop the procedure to manufacture low roughness continuous surfaces of polycaprolactone, polylactic acid and their copolymers with glycolic acid. These materials are used, in the biomedical field, as suture threads or biodegradable fixation systems. Outside the framework of this TFM it is pretended to use these materials in microporous scaffold as supports for in vitro cell culture, mimicking a segment of the lymph node from its cortex, and the renal tubule in the exchange blood-urine, in order to use them in drug testing and reduce animal experimentation. That is why, in a first stage, in this TFM and in order to study the interaction of these materials with an acellular biological environment (but with proteins), it is necessary to manufacture the materials in the proposed format, so that any surface effect is avoided, and the different chemical compositions proposed can be compared. The realization of polymeric films, with maximum roughness lower than 40 nm were obtained using dynamic spin coating technique. The surfaces of these materials were characterized by swelling tests, surface tension and atomic force microscopy. This last technique was subsequently used to determine the interaction of these substrates with environments loaded with salts and with fibronectin protein at different concentrations, in order to analyse its adsorption based on the chemistry of the biomaterial. The surface tensions and the swelling of the samples permit the comparison of polymers surface properties, putting in relation pure homopolymers with their mixture and copolymers. It was concluded from them that copolymers have intermediate surface properties to the corresponding homopolymers, as well as the homopolymer mixture. So, blends or copolymers can be used to adjust specific properties. Regarding protein adsorption, the study of atomic force microscopy images showed that polycaprolactone allows an adsorption of fibronectin in extended conformation, which crosslinks on the surface. Furthermore, by including GA in the formulation, it is possible to coat the surface, but in a more globular protein conformation.