Desarrollo de andamiajes con porosidad estratificada basados en poliésteres como soportes en co-cultivo celular indirecto.

Abstract

[ES] El desarrollo de la sociedad ha estado siempre ligado a los avances científicos y tecnológicos. Sin embargo, algunos de estos avances han supuesto la aparición de nuevos problemas, sobre todo de tipo ético, dando lugar a nuevos movimientos asociativos contrarios a ellos. Un ejemplo de ello es el uso de la experimentación animal, fundamentalmente en el campo de la medicina, y más concretamente en el ensayo de fármacos y dispositivos implantables en contacto con medios biológicos. En este sentido, desde el ámbito de los biomateriales y la ingeniería tisular se trabaja para buscar alternativas a la experimentación animal. Una de estas alternativas es el desarrollo de modelos in vitro a partir de soportes poliméricos para el crecimiento celular in vitro. Estas estructuras, además, podrían emplearse no sólo en ensayos de fármacos o investigación in vitro para reducir el uso de animales en experimentación, sino también para regeneración tisular, simulando desde tejidos simples en los que se tienen un único tipo celular, a tejidos más complejos a partir del co-cultivo celular. Así pues, en esta tesis se ha desarrollado un sistema tridimensional con estructura porosa estratificada que permite tanto el co-cultivo celular indirecto, como la realización de ensayos de liberación de fármacos. Para ello, se ha obtenido soportes porosos (scaffolds) por medio de la técnica de solvent-casting particle-leaching empleando como porógeno sal, cuyo tamaño de poro permite albergar células en su interior, sobre los que se han dispuesto, formando una estructura tipo sándwich, membranas electrohiladas. Estas membranas forman una estructura de fibras entrecruzadas, dejando entre ellas espacios de tamaño muy inferior al tamaño celular, de modo que permiten el paso de nutrientes y moléculas a través de ellas, pero actúan de barrera para las células impidiendo su migración a otras zonas del sistema tridimensional. Este tipo de estructuras permiten simular, por ejemplo, la arquitectura tubular renal, con la zona porosa intersticial central y las dos capas epitelial y endotelial externas, que estarían en contacto con la orina y la sangre, respectivamente. Para obtener estas estructuras, se ha optado por emplear polímeros de la familia de los poliésteres, en particular ácido poliláctico y poli(¿-caprolactona), así como su mezcla y copolímeros con ácido poliglicólico. Estas combinaciones permiten ajustar la hidrofilicidad, y por tanto la biodegradabilidad, la cinética de liberación de fármacos y el comportamiento biológico, según interese. Además, el uso de la técnica de electrospinning para el desarrollo de las membranas, permite obtener diferentes diámetros de fibra a partir de la modificación de los principales parámetros del electrohilado, permitiendo también regular las propiedades de estos materiales. Finalmente, para estudiar la liberación de fármacos desde el sistema anterior, las membranas electrohiladas se han cargado con curcumina mediante dos métodos diferentes: a través del método de electrohilado en disolución y con electrospinning coaxial, para obtener así diferentes perfiles de liberación.

[CA] El desenvolupament de la societat ha estat sempre lligat als avanços científics i tecnològics. Malauradament, alguns d'aquests avanços han suposat l'aparició de nous problemes, sobretot de tipus ètic, donant lloc a nous moviments associatius contraris a ells. Un exemple d'això és l'ús de l'experimentació animal, fonamentalment al camp de la medicina, i més concretament en el testatge de fàrmacs i dispositius implantables en contacte amb medis biològics. En aquest sentit, des de l'àmbit dels biomaterials i l'enginyeria tissular es treballa per a buscar alternatives a l'experimentació animal. Una d'aquestes alternatives és el desenvolupament de models in vitro a partir de suports polimèrics per al creixement cel·lular in vitro. Aquestes estructures, a més a més, podrien emprar-se no sols en testatge de fàrmacs o investigació in vitro per a reduir l'ús d'animals en experimentació, sinó també per a regeneració tissular, simulant des de teixits simples en què es té un únic tipus cel·lular, a teixits més complexos a partir del co-cultiu cel·lular. Així doncs, en aquesta tesi s'ha desenvolupat un sistema tridimensional amb estructura porosa estratificada que permet tant el co-cultiu cel·lular indirecte, com la realització d'assajos d'alliberació de fàrmacs. Per a això, s'ha obtingut suports porosos (scaffolds) mitjançant la tècnica solvent-casting particle-leaching emprant com a porògen sal, amb una grandària de porus que permet albergar cèl·lules en el seu interior, sobre els que s'han disposat, formant una estructura tipus sandvitx, membranes electrofilades. Aquestes membranes formen una estructura de fibres entrecreuades, deixant entre elles espais de grandària molt inferior a la grandària cel·lular, de mode que permeten el pas de nutrients i molècules a través d'elles, però actuen de barrera per a les cèl·lules impedint la seua migració a altres zones del sistema tridimensional. Aquest tipus d'estructures permeten simular, per exemple, l'arquitectura tubular renal, amb la zona porosa intersticial central i les dues capes epitelial i endotelial externes, que estarien en contacte amb l'orina i la sang, respectivament. Per a obtindre aquestes estructures, s'ha optat per emprar polímers de la família dels polièsters, en particular àcid polilàctic i poli(¿-caprolactona), així com la seua mescla i copolímers amb àcid poliglicòlic. Aquestes combinacions permeten ajustar la hidrofilicitat, i per tant la biodegradabilitat, la cinètica d'alliberació de fàrmacs i el comportament biològic, segons interesse. A més, l'ús de la tècnica d'electrospinning per al desenvolupament de les membranes, permet obtindre diferents diàmetres de fibra a partir de la modificació dels principals paràmetres de l'electrofilat, permetent també regular les propietats d'aquests materials. Finalment, per a estudiar l'alliberació de fàrmacs des del sistema anterior, les membranes electrofilades s'han carregat amb curcumina mitjançant dos mètodes diferents: a través del mètode d'emulsió i amb electrospinning coaxial, per a obtindre així diferents perfils d'alliberació.

[EN] The development of society has always been linked to scientific and technological advances. However, some of these advances have led to the appearance of new problems, especially of an ethical nature, giving rise to new associative movements opposed to them. An example of this is the use of animal experimentation, mainly in the field of medicine, and more specifically in the testing of drugs and implantable devices in contact with biological media. In this sense, the field of biomaterials and tissue engineering is working to find alternatives to animal experimentation. One of these alternatives is the development of in vitro models based on polymer supports for in vitro cell growth. These structures, moreover, could be used not only in drug testing or in vitro research to reduce the use of animals in experimentation, but also for tissue regeneration, simulating from simple tissues in which there is a single cell type, to more complex tissues from cell co-culture. Thus, in this thesis, a three-dimensional system with a stratified porous structure have been developed to allow both indirect cell co-culture and drug release assays. For this purpose, porous supports (scaffolds) have been obtained by means of the solvent-casting particle-leaching technique using salt as porogen, whose pore size allows cells to be housed in its interior, on which electrospun membranes have been arranged, forming a sandwich structure. These membranes form a structure of cross-linked fibers, leaving spaces between them that are much smaller than the cell size, so that they allow the passage of nutrients and molecules through them, but act as a barrier to the cells, preventing their migration to other areas of the three-dimensional system. This type of structure allows us to simulate, for example, the renal tubular architecture, with the central interstitial porous zone and the two outer epithelial and endothelial layers, which would be in contact with urine and blood, respectively. To obtain these structures, we have chosen to use polymers of the polyester family, in particular polylactic acid and poly(¿-caprolactone), as well as their blend and copolymers with polyglycolic acid. These combinations allow adjustment of hydrophilicity, and thus biodegradability, drug release kinetics and biological behavior, as desired. In addition, the use of the electrospinning technique for the development of membranes allows to obtain different fiber diameters by modifying the main electrospinning parameters, allowing also to regulate the properties of these materials. Finally, to study drug release from the previous system, the electrospun membranes have been loaded with curcumin by two different methods: through the emulsion method and with coaxial electrospinning, in order to obtain different release profiles.