Scaffolds basados en acrilatos con distinta geometría de poro para regeneración ósea: síntesis y caracterización

Abstract

[EN] This work is part of the project financed by the Ministry of Economy and Competitiveness (MINECO) and FEDER (project MAT2012-38359-C03-01): "Materials that induce fibronectin fibrillogenesis to produce synergistic factors in microenvironments growth. " The macroporous scaffolds support the regeneration of living tissues, recreating an environment that promotes cell adhesion, proliferation and differentiation. The architectural design not only determines pore cell colonization, also the success of the implant. The behavior of the proteins of the extracellular matrix is another responsible factor. It has been found that substrates of poly (ethyl acrylate) (PEA) have the ability to generate the fibrillogenesis process of fibronectin (FN) in the absence of cells, providing a functional biomimetic interface that stimulates cell activity. In contrast, poly (ethyl methacrylate) (PMA) acquires a globular configuration, with less stimulation of cellular response. Crosslinked films (2D environments) network is expected to show significant differences in the formation of fibrillogenesis. Differences of such networks will be characterized by testing in different solvents as swelling or differential scanning calorimetry. It will be prepared scaffolds with different pore structure and pore size geometry, which will consider whether the conformation of the 3D environments FN is the same as in the film substrates (2D environments). For different pore geometries will be compact as spheres and fibers templates. Spheres template are performed by a press controlling the pressure and temperature. Fibers template will be performed by 3D printing. The morphology of the scaffolds will be observed by Scanning Electron Microscopy and the formation of the FN by Atomic Force Microscopy. After that, the study will be focus specifically on a particular scaffold and work to characterize and determine its porosity, swelling capacity, compression module, among others. The objectives are therefore the study of acrylate-based scaffolds with different pore geometry and make a decision about which would be proposed as the most suitable polymers for bone regeneration. In addition, before reaching it, a study of the most suitable polymer network environments 2D was performed varying the degree of cross-linked thereof. Throughout the study is intended to use different equipment and perform tests of materials characterization, improving knowledge using experimental techniques from materials engineering for biomedical applications.

[ES] El presente trabajo se enmarca en el proyecto con financiación del Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO) y fondos FEDER (proyecto MAT2012-38359-C03-01): “Materiales que inducen la fibrilogenesis de la fibronectina para producir microambientes sinérgicos en los factores de crecimiento”. Los scaffolds son soportes macroporosos que asisten la regeneración de tejidos vivos, recreando un entorno que promueva la adhesión, proliferación y diferenciación celular. El diseño de la arquitectura de poros condiciona no sólo la colonización celular, sino también el éxito del implante. El comportamiento de las proteínas de la matriz extracelular es otro de los factores responsables. Se ha comprobado que substratos planos de poli(etil acrilato) (PEA) tienen la capacidad de generar el proceso de fibrilogénesis de la fibronectina (FN) en ausencia de células, lo que proporciona una interfase biomimética funcional que estimula la actividad celular. Por el contrario, la FN en substratos de poli(etil metracrilato) (PMA) adquiere una configuración globular, con menor estimulación de la respuesta celular. Se prepararán films (entornos 2D) en los que se variará la cantidad de entrecruzador que se incluye en el polímero para ambos acrilatos, ya que el grado de entrecruzado de la red se espera muestre diferencias significativas en la formación de dicha fibrilogénesis. Se caracterizarán diferencias de dichas redes mediante ensayos como hinchado en diferentes solventes o calorimetría diferencial de barrido. Se prepararán scaffolds con estructura porosa de diferente geometría y tamaño de poro, en la que se estudiará si la conformación de la FN en entornos 3D es la misma que en los substratos planos (entornos 2D). Para obtener las distintas geometrías de poros se emplean plantillas de porógeno compactado en forma de esferas y de fibras. El compactado con esferas se realiza mediante una prensa controlando la presión y temperatura. La plantilla de fibras estará realizada mediante impresión 3D. La morfología de los scaffolds se observará mediante Microscopía Electrónica de Barrido y la conformación de la FN mediante Microscopía de Fuerza Atómica. Una vez comparados, se espera centrar el estudio en un scaffold en concreto y trabajar y caracterizarlo determinando su porosidad, su capacidad de hinchado, módulo de compresión, entre otras. Los objetivos planteados son pues, el estudio de scaffolds de polímeros basados en acrilatos con diferente geometría de poro y determinación de cuál se propondría como más adecuado a la regeneración ósea. Además, antes de llegar a ello, se realizará un estudio de la red polimérica más adecuada en entornos 2D variando el grado de entrecruzado del mismo. Durante todo el estudio se pretende utilizar diferentes equipos y realizar ensayos de caracterización de materiales, lo que permitirá la adquisición de un conocimiento en el uso de técnicas experimentales propias de la ingeniería de materiales para aplicaciones biomédicas.