Desarrollo de matrices con morfología jerárquica a través de una combinación de electrohilado y electro-escritura de fundido (MEW)

Abstract

Las estructuras poliméricas y/o compuestas tridimensionales (3D) son uno de los componentes fundamentales de la ingeniería de tejidos, ya que forman microambientes que imitan la matriz extracelular (MEC) y sus propiedades fisicoquímicas, mecánicas y biológicas (Giannitelli et al., 2015; Z. Wang et al., 2021). Este trabajo aborda el estudio de estructuras poliméricas jerárquicas con características morfológicas micro-nanométricas fabricadas mediante electro-escritura de fundido (melt electrowriting o MEW) y su aplicación en la cicatrización de heridas. Esta estrategia combina técnicas de impresión 3D utilizando modelado por deposición fundida y electrohilado. Para la microestructura, fabricada usando MEW, se utilizó policaprolactona (PCL) de grado médico. Luego, sobre las matrices impresas, se depositó una membrana de nanofibras electrohiladas, fabricada a partir de una solución de PCL y gelatina. El tiempo de electrohilado se varió entre 0, 1, 5 y 15 minutos, resultando en cuatro tipos de muestras: PCL MEW, 1 min PCL-GEL, 5 min PCL-GEL y 15 min PCL-GEL, respectivamente. Una vez producidas las estructuras, se realizó la caracterización morfológica utilizando imágenes de microscopía electrónica de barrido (SEM). Además, se analizó la hidrofilicidad de las muestras determinando el ángulo de contacto, y se verificó la composición química mediante espectroscopía infrarroja (FTIR). También se realizaron pruebas mecánicas de tracción, y se analizó la degradación de las matrices al sumergirlas en solución salina tamponada (PBS). Finalmente, se realizó un ensayo de viabilidad celular in vitro utilizando fibroblastos dérmicos humanos normales (NHDF). Como se esperaba, la presencia de nanofibras de gelatina incrementó la hidrofilicidad. Las pruebas de tracción mostraron que las estructuras presentan propiedades mecánicas que podrían ser adecuadas para la cicatrización de heridas. Las muestras modificadas por electrohilado mostraron mayor viabilidad de NHDF. Esto podría atribuirse al hecho de que las nanofibras aumentan el área disponible para la adhesión y proliferación celular (Z. Wang et al., 2021), y a la presencia de gelatina, que contiene dominios moleculares presentes en la MEC de la piel (Negut et al., 2020). Es importante señalar que no se observaron efectos citotóxicos, lo que confirma la biocompatibilidad de las estructuras. Por otro lado, las matrices mostraron absorción de PBS en los microporos formados por las fibras impresas. Esto, junto con la hidrofilicidad proporcionada por la gelatina, podría ser útil para absorber exudados y mantener la herida húmeda durante la regeneración de la piel (Gaspar-Pintiliescu et al., 2019). En conclusión, la combinación de las técnicas de electrohilado y MEW permitió la creación de estructuras 3D con propiedades mecánicas, biológicas y químicas que podrían ser adecuadas para la cicatrización de heridas.