Desarrollo de membranas poliméricas microporosas translúcidas como soporte celular para un dispositivo de cocultivo microfluídico

Abstract

[ES] Una de las enfermedades más comunes en personas mayores de 60 años son las renales. Por ello, actualmente se pretende desarrollar nuevos fármacos, así como estudiar el comportamiento de los diferentes tipos celulares que intervienen en el tejido renal y sus patologías. En esta línea, este trabajo se plantea la posibilidad de desarrollar una membrana microporosa translúcida que servirá de membrana de separación entre los cultivos de diferentes linajes celulares en un dispositivo microfluídico para simular tejido renal in vitro. Se propone la fabricación de una membrana polimérica con unas determinadas características que la hagan útil para acoplarse a un sistema estratificado membrana-andamiaje poroso-membrana que simule la disposición estructural de los tejidos que componen los túbulos renales. La fabricación de las membranas se basa en la técnica de congelación y precipitación por inmersión. Por ello, se ha seleccionado un bipolímero que tiene una serie de especificaciones que lo hacen deseable, y se ha estudiado el equilibrio multicomponente del polímero, un disolvente afín para preparar las disoluciones poliméricas de las que se partirán para la fabricación de las membranas, y un no-solvente necesario para la precipitación y obtención de las membranas. Además, se ha estudiado el efecto de parámetros tales como la velocidad de congelación de la disolución polimérica, la temperatura del no-solvente, la disolución polimérica de partida, o la concentración de polímero sobre las propiedades finales de las membranas poliméricas. Mediante un diseño de experimentos ortogonal se ha realizado un cribado de los diferentes parámetros para maximizar las propiedades óptimas de la membrana, a saber, que sea un material biocompatible, que tenga una porosidad homogéneamente distribuida, que no hinche en agua, que no se degrade a temperaturas altas (pues la membrana se va a sellar térmicamente al andamiaje y el dispositivo microfluídico), y que sea translúcida en la medida de lo posible para analizar y trazar las células a un lado y a otro de la membrana con un microscopio óptico. Por último, se caracterizarán las membranas obtenidas con la selección de parámetros óptimos mediante microscopía electrónica de barrido, calorimetría diferencial, ensayos de hinchado en medio acuoso y ensayos de permeabilidad.

[CA] Una de les malalties més comuns en persones majors de 60 anys són les renals. Per això, actualment es pretén desenvolupar nous fàrmacs, així com estudiar el comportament dels diferents tipus cel·lulars que intervenen en el teixit renal i les seues patologies. En aquesta línia, aquest treball es planteja la possibilitat de desenvolupar una membrana microporosa translúcida que servirà de membrana de separació entre els cultius de diferents llinatges cel·lulars en un dispositiu microfluídic per a simular teixit renal in vitro. Es proposa la fabricació d’una membrana polimèrica amb unes determinades característiques que la facen útil per acoblar-se a un sistema estratificat membrana-bastida porosa-membrana que simule la disposició estructural dels teixits que composen els túbuls renals. La fabricació de les membranes es basa en la tècnica de congelació i precipitació per immersió. Per això, s’ha seleccionat un biopolímer que té una sèrie d’especificacions que ho fan desitjable, i s’ha estudiat l’equilibri multicomponent del polímer, un dissolvent afí per preparar les dissolucions polimèriques de les quals es partiran per a la fabricació de les membranes, i un no-solvent necessari per a la precipitació i obtenció de les membranes. A més, s’ha estudiat l’efecte de paràmetres com la velocitat de congelació de la dissolució polimèrica, la temperatura del no-solvent, la dissolució polimèrica de partida, o la concentració de polímer sobre les propietats finals de les membranes polimèriques. Mitjançant un disseny d’experiments ortogonal s’ha realitzat un garbellat dels diferents paràmetres per maximitzar les propietats òptimes de la membrana, a saber, que siga un material biocompatible, que tinga una porositat homogèniament distribuïda, que no unfle en aigua, que no es degrade a temperatures altes (per quan que la membrana es va a segellar tèrmicament a la bastida i el dispositiu microfluídic), i que sigui translúcida en la mesura del que siga posible, per analitzar i traçar les cèl·lules a un costat i a un altre de la membrana amb un microscopi òptic. Finalment, es caracteritzaran les membranes obtingudes amb la selecció de paràmetres òptims mitjançant microscopia electrònica de rastreig, calorimetria diferencial, assajos d’unflat en medi aquós i assajos de permeabilitat.

[EN] One of the most common diseases in people older than 60 years are those related to the kidney. Therefore, currently therapies intends to develop new drugs, as well as to study the behavior of different cell types involved in renal tissue and its pathologies. In this way, this work raises the possibility of developing a translucent microporous membrane that will serve as a separation membrane between cultures of different cell lineages in a microfluidic device to simulate kidney tissue in vitro. Here the manufacture of a polymeric membrane with certain characteristics is proposed. Such properties make it suitable to be attached to a stratified membrane/scaffold porous-membrane system that simulate the structural arrangement of renal tubule tissue. The manufacture of membranes is based on freeze-extraction and precipitation by immersion technique. Therefore, it has been selected a biopolymer that has a series of specifications that make it desirable. The multicomponent equilibrium of the polymer, a solvent, to prepare polymer solutions that they will depart for the manufacture of membranes, and a non-solvent, needed for precipitation and obtaining of the membranes, has been studied either. In addition, the effect of some parameters over the final membrane properties has been studied, such as the speed of freezing the polymer solution, the temperature of the non-solvent bath, the polymersolvent mixture, or the concentration of polymer. The optimal combination of parameters that maximize the properties of the membrane was assessed through an orthogonal design of experiments. Such optimal conditions must fulfill that the membrane is produced from a biocompatible material, that has an evenly distributed porosity, which does not swell in water, which does not degrade at high temperatures (because the membrane is intended to be sealed thermally to the scaffold and the microfluidic device), and that is as translucent as possible, in order to analyze and trace the cells on one side and another with optical microscopy. Finally, the membranes obtained after the screening of optimal parameters will be characterized by scanning electron microscopy, differential scanning calorimetry, swelling assays and permeability tests.