Estudio de optimización de la síntesis y gelificación de hidrogeles inyectables y su aplicación como sistemas de liberación de factores de crecimiento hepático

Abstract

[ES] El daño hepático inducido por fármacos es un evento clínico que puede acarrear daños hepáticos potencialmente mortales y de alto coste y que genera la necesidad del desarrollo de plataformas de cultivo celular capaces de predecirlo. Para ello, los hepatocitos en cultivo deben mantener el fenotipo y la funcionalidad hepática similar a las condiciones in vivo. Esto se consigue con el uso de biomateriales que proporcionan las condiciones fisiológicas más relevantes a las células, como son la organización espacial tridimensional, el contacto célula-célula y la interacción célula-matriz. Los hidrogeles inyectables basados en componentes de la matriz extracelular del tejido son candidatos ideales para este propósito, puesto que permiten encapsular las células homogéneamente en el material por reacciones no citotóxicas y mantenerlas en cultivos 3D de forma biomimética. Además, al ser inyectables, permiten incorporar factores de crecimiento en el momento de encapsulación celular, presentando los factores a las células desde fase sólida si la composición del hidrogel los retiene y, por tanto, siendo más eficientes para el mantenimiento del fenotipo y la funcionalidad celular. En el presente Trabajo Fin de Grado se ha estudiado la optimización de la síntesis y gelificación de hidrogeles inyectables basados en mezclas de gelatina y ácido hialurónico con aplicación en el diseño de plataformas para predecir eventos de hepatotoxicidad. Se ha buscado estrategias que permiten obtener hidrogeles de gelatina gelificables en medio de cultivo y con propiedades mecánicas adecuadas para mantener la integridad en cultivo. Se ha optimizado el proceso de síntesis del ácido hialurónico para obtener un rendimiento mayor en cada lote de fabricación. Además, se ha puesto a punto un método para la cuantificación de la liberación del factor de crecimiento hepático encapsulado en los hidrogeles optimizados y de distinta composición. Ello ha requerido el establecimiento de un método de marcado fluorescente del factor de crecimiento y la toma de decisiones acerca del tamaño del hidrogel, la cantidad de factor de crecimiento y la adecuada renovación de medio de incubación para su correcta cuantificación. Se ha extraído conclusiones acerca del efecto de la composición en la cinética de liberación Este estudio es el punto de partida y el control de un estudio más amplio donde los materiales serán decorados con fragmentos de proteínas afines al factor de crecimiento y se comparará la eficiencia de esta modificación en la retención del factor con los materiales control aquí estudiados.

[EN] Drug-induced liver injury is a clinical condition that can carry life-threatening and costly hepatic failures and that creates the need for the development of cell culture platforms capable of predicting it. To achieve this, cultured hepatocytes must maintain liver phenotype and functionality similar to in vivo conditions. This is achieved through the use of biomaterials that provide the most relevant physiological conditions for the cells, such as three-dimensional spatial organisation, cell-cell contact and cell-matrix interaction. Injectable hydrogels based on tissue extracellular matrix components are ideal candidates for this purpose as they allow cells to be homogeneously encapsulated in the material by non-cytotoxic reactions and maintained in 3D cultures in a biomimetic way. Moreover, as they are injectable, they allow the incorporation of growth factors at the moment of cell encapsulation, presenting the factors to the cells from the solid phase if the composition of the hydrogel retains them and, therefore, being more efficient for the maintenance of the cell phenotype and functionality. In this Bachelor¿s Thesis we have studied the optimisation of the synthesis and gelation of injectable hydrogels based on mixtures of gelatin and hyaluronic acid with application in the design of platforms for predicting hepatotoxicity events. Strategies have been sought to obtain gelatin hydrogels that can be gelled in culture medium and with suitable mechanical properties to maintain integrity in culture. The hyaluronic acid synthesis has been optimised to obtain a higher yield in each manufacturing batch. In addition, a method has been developed for the quantification of the release of hepatocyte growth factor encapsulated in the optimised hydrogels of different composition. This has required the establishment of a method for fluorescent labelling of the growth factor and decisions about the size of the hydrogel, the amount of growth factor and the appropriate renewal of incubation medium for a correct quantification. Conclusions have been drawn about the effect of composition on release kinetics. This study is the starting point and control for a larger study where the materials will be decorated with fragments of proteins with affinity to the growth factor, where the efficiency of this modification in growth factor retention will be compared with the control materials studied here.