Estructuras poliméricas nanofibrosas biorreabsorbibles para ingeniería de tejidos vasculares

Abstract

En los últimos 60 años, el empleo de injertos sintéticos de Dacron® y ePTFE ha sido la única alternativa a los injertos autólogos y homólogos. Sin embargo, ninguno de estos injertos ofrece potencial de regeneración, y más aún, todos están asociados con diferentes niveles de trombogenicidad, estenosis y susceptibilidad a infecciones. La obtención de un injerto vascular de pequeño diámetro (< 6 mm) con un comportamiento apropiado y permanente aún representa un gran desafío. El desarrollo de un conducto para operaciones de bypass coronario que se encuentre inmediatamente disponible para su uso, sin tiempos prolongados de cultivos in vitro, y con las propiedades mecánicas y biológicas necesarias, es el principal desafío de las investigaciones actuales en el campo de la ingeniería de tejidos vasculares. El injerto vascular ideal debe cumplir numerosos atributos: biocompatibilidad, no trombogenicidad, no toxicidad, compliance mecánica, resistencia a la hiperplasia neointimal, resistencia a la infección, facilidad para sutura, flexibilidad y elasticidad sin colapso por retorcimiento, facilidad de fabricación, características de manejo adecuadas para la implantación quirúrgica, disponibilidad en diversos tamaños y longitudes, capacidad para liberar localmente agentes terapéuticos, no inducción de malignidades, funciones biológicas y potencial de regeneración de tejidos. Con este panorama, la técnica de electrohilado constituye una tecnología ideal para diseñar injertos vasculares. Esta tesis estudia en profundidad la tecnología de electrohilado para la obtención de injertos vasculares bicapa de pequeño diámetro con un comportamiento biomimético. El primer capítulo presenta una introducción general sobre la ingeniería de tejidos, las afecciones coronarias y los tratamientos actuales, la historia de la ingeniería de tejidos vasculares, y las técnicas de obtención de matrices porosas. El capítulo 2 detalla los avances recientes en el desarrollo de injertos vasculares mediante la técnica de electrohilado y presenta el trabajo experimental llevado a cabo para la producción de matrices electrohiladas e injertos vasculares por dicha técnica. Este capítulo está centrado en la fabricación de las matrices nanofibrosas y en la optimización de los parámetros del procesamiento para obtener estructuras reproducibles con morfología de fibras uniformes. Se utilizan dos polímeros biorreabsorbibles, poli(L-ácido láctico) y poli(éster uretano) segmentado sintetizado por nuestro grupo. Se producen injertos vasculares nanofibrosos monocapa y bicapa a partir de los polímeros puros y sus mezclas. Los capítulos 3, 4 y 5, abarcan la caracterización de los diferentes injertos producidos a través de tres aspectos fundamentales para la ingeniería de tejidos. El capítulo 3 estudia la caracterización térmica, físico-química y propiedades de superficie de los injertos y cómo las diferentes composiciones afectan estas propiedades. Se estudia también el comportamiento degradativo hidrolítico de los materiales poliméricos electrohilados empleados en el capítulo 2. En el capítulo 4, se realiza una caracterización mecánica completa de los injertos vasculares monocapa y bicapa mediante ensayos de tracción uniaxial, ensayos de sutura, ensayos de compliance dinámica, y ensayos de presión de reventado. El aspecto biológico es abordado en el capítulo 5, donde se analiza el efecto de diferentes estímulos (químicos, topográficos, mecánicos) en la proliferación celular. También, se estudia la citotoxicidad de las matrices electrohiladas in vitro mediante ensayos MTT de proliferación de células madre mesenquimales. El capítulo 6 presenta una primera aproximación del modelado mecánico, aplicando un modelo sencillo para observar la influencia de la composición y cantidad de las capas del injerto y sus dimensiones (espesor y diámetro interno) en la respuesta del mismo a presión interna. El capítulo 7 resume los resultados de esta tesis, presentando las conclusiones obtenidas y un panorama de los aspectos a explorar en el futuro para mejorar y optimizar los injertos vasculares de pequeño diámetro desarrollados. Los estudios efectuados permitieron la obtención de injertos vasculares bicapa nanofibrosos mediante el electrohilado secuencial de soluciones de mezclas poliméricas. En general, las estructuras tubulares bicapa preparadas presentaron:a) un comportamiento mecánico que imita la respuesta frente a regímenes de presión pulsátil de arterias coronarias y los vasos sanguíneos utilizados para su reemplazo; b) una velocidad de degradación hidrolítica equivalente para sus dos capas y con un tiempo de degradación coincidente con el tiempo de regeneración del tejido in vitro; c) una biocompatibilidad aceptable, demostrada por la proliferación de células madre mesenquimales, con valores superiores al control positivo para la capa externa. Todas estas cualidades son altamente deseadas para el diseño de una matriz polimérica para ingeniería de tejidos vasculares. Por lo tanto, los injertos bicapa electrohilados resultan estructuras con un alto interés para la ingeniería de tejidos vasculares como dispositivos degradables de pequeño diámetro para reemplazo de arterias coronarias. Además, los resultados del modelado indicaron que el agregado de una tercera capa externa más rígida, en conjunto con el incremento del espesor de pared conduce a una mayor distensibilidad. Por otro lado, el modelo es capaz de predecir que un menor diámetro, como el encontrado en arterias coronarias más pequeñas, también presenta propiedades biomiméticas.