Síntesis y caracterización de nanocomposites electroactivos basados en redes semi-interpenetradas y nanopartículas de carbono para regeneración muscular

Abstract

[ES] El músculo esquelético está implicado en la mayoría de las lesiones de carácter traumático, lesiones que causan una elevada pérdida tisular lo que da lugar a problemas en la regeneración completa del músculo. Es por ello que disciplinas como la ingeniería tisular buscan la manera de conseguir la regeneración de este tejido, empleando materiales biocompatibles, agentes bioactivos y componentes celulares musculares, emulando el microentorno biológico y estimulando la regeneración del tejido. A pesar de que materiales como metales, cerámicas y composites son útiles para la elaboración de sustratos celulares, los polímeros tanto naturales como sintéticos adquieren gran interés por su versatilidad mecánica y por su similitud con las propiedades estructurales del tejido biológico. La combinación de un polímero hidrófilo como el poli(alcohol vinílico) PVA, que aporte hidratación y un polímero hidrofóbico como el poli (3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) (PHBV), que pueda proporcionar buenas propiedades mecánicas con una estructura en forma de red semiinterpenetrada presenta un gran potencial para aplicaciones de regeneración del tejido muscular. Además, la incorporación de nanopartículas conductivas como el grafeno permite obtener un material electroactivo apropiado para la estimulación de la respuesta celular, ya que se ha constatado que el tejido musculo-esquelético presenta un buena respuesta a estímulos eléctricos (tanto mediante el uso de biomateriales conductivos como mediante electroestimulación externa). En este trabajo, se prepararán sustratos celulares basados en una red polimérica semiinterpenetrada de PHBV/PVA con la incorporación de una baja cantidad de partículas de grafeno para dotarlo de propiedades electroactivas. Tras la preparación de los biomateriales, se realizará la caracterización fisicoquímica y morfológica a través de diferentes técnicas: termogravimetría, calorimetría diferencial de barrido, microscopía electrónica, absorción de agua, conductividad y análisis mecánico dinámico. Además, se evaluará a través de un ensayo de MTS la citotoxicidad del sustrato para células musculares. Con los resultados de los análisis llevados a cabo, se valorará si las estructuras obtenidas tienen potencial para ser empleadas en ingeniería tisular, particularmente en aplicaciones de regeneración del tejido musculoesquelético.

Palabras Clave: Ingeniería tisular, tejido musculoesquelético, redes semi-interpenetradas electroactivas, PVA, PHBV, grafeno.

[EN] .Skeletal muscle is involved in the majority of traumatic injuries, injuries that cause high tissue loss, which leads to problems in the complete regeneration of the muscle. That is why disciplines such as tissue engineering are looking for ways to achieve the regeneration of this tissue, using biocompatible materials, bioactive agents and muscle cell components, emulating the biological microenvironment and stimulating tissue regeneration. Although materials such as metals, ceramics and composites are useful for the elaboration of cell substrates, both natural and synthetic polymers are of great interest due to their mechanical versatility and their similarity to the structural properties of biological tissue. The combination of a hydrophilic polymer such as poly(vinyl alcohol) PVA, which provides hydration, and a hydrophobic polymer such as poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV), which can provide good mechanical properties with a semi-interpenetrated network structure presents great potential for muscle tissue regeneration applications. In addition, the incorporation of conductive nanoparticles such as graphene allows obtaining an electroactive material suitable for the stimulation of cellular response, since it has been found that musculoskeletal tissue shows a good response to electrical stimuli (both using conductive biomaterials and external electrostimulation). In this study, cell substrates based on a semi-interpenetrated polymeric network of PHBV/PVA with the incorporation of a low amount of graphene particles will be prepared to provide electroactive properties. After the preparation of the biomaterials, physicochemical and morphological characterization will be performed through different techniques: thermogravimetry, differential scanning calorimetry, electron microscopy, water absorption, conductivity and dynamic mechanical analysis. In addition, the cytotoxicity of the substrate to muscle cells will be evaluated through an MTS assay. With the results of the analyses that will be carried out, it will be evaluated if the obtained structures have potential to be used in tissue engineering, particularly in musculoskeletal tissue regeneration applications.

Keywords: Tissue engineering, skeletal muscle tissue, electroactive semi-interpenetrated networks, PVA, PHBV, graphene.