Study of electrospinning of cellulose acetate fibers for biomedical applications

Abstract

[ES] El objetivo de este proyecto, realizado para el proyecto de fin de carrera de Ingeniería Biomédica de la Universidad Politécnica de Valencia, es crear y analizar nanofibras y películas de acetato de celulosa (CA). Se utilizó el proceso de electrohilado para preparar las fibras, mientras que las películas se obtuvieron mediante spin-coating. Ambas estructuras se probaron para su posible aplicación en el campo biomédico, como la ingeniería de tejidos o los sistemas de administración de fármacos. Las fibras de CA fueron tratadas con la técnica de electrohilado utilizando soluciones con una concentración del polímero al 19% y al 20%. La morfología de los materiales obtenidos y el diámetro medio de las fibras se estudiaron mediante microscopía electrónica de barrido (SEM). Las películas de CA preparadas eran perfectamente lisas, mientras que las fibras de CA formaban una estructura de andamio 3D con un diámetro medio de fibra de 0.465 micrómetros. Para los estudios de cultivo celular se seleccionaron muestras de CA preparadas con una solución al 20%. La incubación in vitro de células similares a las de los osteoblastos se realizó hasta los 7 días de incubación. La proliferación de células en las fibras de CA, las películas de CA y las muestras de vidrio de control se evaluó mediante el ensayo CellTiter-Blue® después de 1, 3 y 7 días de incubación. La morfología de las células que crecían en los diferentes materiales se estudió mediante SEM después de 1 y 3 días de incubación. Para ambos materiales de CA no se detectó ningún efecto citotóxico, las células se adhirieron a ellos, se extendieron y proliferaron. Por lo tanto, se puede concluir que las películas de CA y los andamios electrohilados podrían aplicarse con seguridad en el campo biomédico. En primer lugar, se han analizado las fibras con el MEB, diferenciando la concentración de CA al 19 y al 20%, para observar su morfología y comprobar que pueden aplicarse en el campo biomédico. Por otro lado, se realiza el crecimiento celular comparando los resultados del primer y segundo SEM, para comprobar si existe un cambio en su morfología. Analizando los resultados obtenidos, se discute sobre las fibras fabricadas, juzgando su biocompatibilidad y concluyendo cuál de estas dos películas será adecuada para su uso en el campo biomédico.

[EN] The aim of this project, carried out for the end-of-degree project in biomedical engineering at the Polytechnic University of Valencia, is to create and analyse cellulose acetate (CA) nanofibers and films Electrospinning process was used to prepare fibers, while films were obtained by spin-coating. Both structures were tested for possible application in biomedical field, such as tissue engineering or drug delivery systems Based on literature survey it was confirmed that CA is a very promising biomaterial. CA fibers were electrospun using solutions with polymer concentration of 19% and 20%. Morphology of obtained materials and average fiber diameter were studied by scanning electron microscopy (SEM). Prepared CA films were perfectly smooth, while CA fibers formed a 3D scaffold structure with average fiber diameter of 0.465 micrometres. For cell culture studies CA samples prepared from 20% solution were selected. In vitro incubation of osteoblast-like cells was done up to 7 days of incubation. Cells proliferation on CA fibers, CA films and control glass samples was evaluated by CellTiter-Blue® assay after 1, 3 and 7 days of incubation. Morphology of cells growing on different materials was studied by SEM after 1 and 3 days of incubation. For both CA materials no cytotoxic effect was detected, cells attached to them, spread and proliferated. Therefore, it can be concluded that CA films and electrospun scaffolds could be safely applied in biomedical field. Firstly, the fibers have been analysed with the SEM, differentiating the concentration of CA at 19 and 20%, in order to observe their morphology and verify that they can be applied in the biomedical field. On the other hand, cell growth is carried out comparing the results of the first and second SEM, to check if there is a change in their morphology. Analysing the obtained results, we discuss about the fabricated fibers, judging their biocompatibility and concluding which of these two films will be suitable for their use in the biomedical field.