Sistemas combinados de ácido hialurónico y polímeros acrílicos como biomateriales para ingeniería tisular

Abstract

Hyaluronic acid, HA, and poly (ethyl acrylate), PEA, are two polymers widely used in biomedical applications, especially in tissue engineering, because of their excellent biocompatible and bioactive properties. HA is a highly hydrophilic biopolymer and the PEA, on the other hand, is hydrophobic. In addition, each one of them has certain shortcomings that limit the potential of its application, so that being able to combine them in a viable way in one biomaterial is of great interest and in turn is a very promising and attractive challenge for the development of new biomaterials. In this thesis, several HA-PEA combined systems are developed, making the two phases compatible in non-crosslinked state, using formic acid, FA, as a common solvent for the two polymers. The effect of formic acid on the materials is previously evaluated, ruling out chemical modification, degradation or generation of cytotoxicity. The combined systems have been developed with different geometries and architectures, in the form of two-dimensional films or blends, spun membranes and three-dimensional porous scaffolds, using solvent casting, electrospinning and freeze-extraction techniques. The physicochemical properties reveal a certain mutual reinforcement produced by both phases, and the biological characterization highlights the potential of the system as biomaterial. Additionally, other systems are made by copolymerizing PEA with ethyl 2-carboxy acrylate, CEA, in either cross-linked or non-crosslinked state. As they are new products, we proceed to their complete physico-chemical and biological characterization, confirming their aptitude as biomaterials. Also studied is the the possibility of combining these copolymers with hyaluronic acid to obtain materials with better properties than those already achieved in the HA-PEA systems.

El ácido hialurónico, HA, y el poli(acrilato de etilo), PEA, son dos polímeros ampliamente utilizados en aplicaciones biomédicas, especialmente en la ingeniería tisular, debido a sus excelentes propiedades biocompatibles y bioactivas. El HA es un biopolímero altamente hidrofílico y el PEA, por lo contrario, es hidrofóbico. Además, cada uno por separado tiene ciertas deficiencias que limitan la potencial de su aplicación, por lo que el poder combinarlos de forma viable en un biomaterial resulta de gran interés y a su vez es un reto muy prometedor y atractivo para el desarrollo de nuevos biomateriales. En esta tesis se desarrollan varios sistemas combinados HA-PEA consiguiendo compatibilizar las dos fases en estado no entrecruzado, empleando el ácido fórmico, FA, como un solvente común para los dos polímeros. Se evalúa previamente el efecto que tiene el ácido fórmico sobre los materiales, descartando modificación química, degradación o generación de citotoxicidad. Los sistemas combinados han sido desarrollados con diferentes geometrías y arquitecturas, en forma de films bidimensionales o mezclas (blends), membranas hiladas y scaffolds porosos tridimensionales, utilizando las técnicas de evaporación de solvente (solvent casting), electrospinning y freeze-extraction. Las propiedades físico-químicas revelan un cierto refuerzo mutuo producido por ambas fases, y la caracterización biológica destaca el potencial del sistema como biomaterial. Adicionalmente, se elaboran otros sistemas copolimerizando PEA con 2-carboxi acrilato de etilo, CEA, en estado tanto entrecruzado como no entrecruzado. Como se trata de productos novedosos, se procede a su caracterización completa físico-química y biológica, confirmando su aptitud como biomateriales. Asimismo, se estudia la posibilidad de producción a base de ellos de sistemas combinados con el ácido hialurónico que poseerían las propiedades mejores que las ya conseguidas en los sistemas HA-PEA.

L'àcid hialurònic, HA, i el poliacrilat d'etil, PEA, són dos polímers amplament utilitzats en aplicacions biomèdiques, especialment en l'enginyeria tissular, per les seues excel·lents propietats biocompatibles i bioactives. L'HA és un biopolímer altament hidrofílic i el PEA, pel contrari, és hidrofòbic. A més, cada un per separat té certes deficiències que limiten el potencial de la seva aplicació, de manera que poder combinar-los de manera viable en un biomaterial resulta de gran interés i és un repte molt prometedor i atractiu per al desenvolupament de nous biomaterials. En aquesta tesi es desenvolupen diversos sistemes combinats HA-PEA aconseguint compatibilitzar les dues fases en estat no entrecreuat, emprant l'àcid fòrmic, FA, com un solvent comú per als dos polímers. S'avalua prèviament l'efecte que té l'àcid fòrmic sobre els materials, descartant modificació química, degradació o generació de citotoxicitat. Els sistemes combinats han estat desenvolupats amb diferents geometries i arquitectures, en forma de films bidimensionals o barreges (blends), membranes filades i scaffolds porosos tridimensionals, utilitzant les tècniques d'evaporació de solvent (solvent casting), electrospinning i freeze-extraction. Les propietats fisicoquímiques revelen un cert reforç mutu produït per les dues fases, i la caracterització biològica destaca el potencial del sistema com a biomaterial. Addicionalment, s'han elaborat altres sistemes copolimeritzant PEA amb 2-carboxi acrilat d'etil, CEA, en estat tant entrecreuat com no entrecreuat. Com es tracta de productes nous, es procedeix a la seua caracterització completa fisicoquímica i biològica, confirmant la seva aptitud com a biomaterials. Així mateix, s'estudia la possibilitat de producció amb d'ells de sistemes combinats amb l'àcid hialurònic, que posseirien millors propietats que les ja aconseguides en els sistemes HA-PEA.