Diseño de hidrogeles poliméricos combinados con porosidad anisotrópica para ingeniería de tejido óseo y cartilaginoso

Abstract

El presente proyecto tiene como objetivo el desarrollo de hidrogeles poliméricos con porosidad anisotrópica e isotrópica para su aplicación en Ingeniería de tejido óseo y cartilaginoso. Los hidrogeles se basarán en la combinación de Alginato de sodio (AlgNa) como polielectrolito aniónico (PEA) y un polielectrolito catiónico (PEC) sintético, formando biomateriales porosos unidos electrostáticamente que funcionarán como scaffolds en la reparación de los tejidos. Estudios previos han demostrado que la porosidad anisotrópica (poros ordenados alineados) mejoran las propiedades osteogénicas y condrogénicas de los materiales, aumentando su efectividad en la regeneración tisular y en la integración. El AlgNa es un polisacárido natural derivado de algas que posee buena biocompatibilidad y baja toxicidad como biomaterial. Sin embargo, sus limitaciones mecánicas en medios acuosos reducen su potencial como material estructural para aplicaciones biomédicas. Para abordar este desafío, se propone su combinación con un polímero sintético. Para obtener el PEC sintético se realizaron reacciones a partir de 2-(dimetilamino) etilmetacrilato (DMAEMA) y acetato de vinilo (AV), variando sus relaciones molares en la mezcla inicial de reacción; los copolímeros obtenidos fueron caracterizados mediante Resonancia Magnética Nuclear (RMN) y Espectroscopía Infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR) con el fin de estudiar su composición. Se observó que incrementar la cantidad de DMAEMA resulta en un aumento mayor en el copolímero final, sugiriendo una mayor reactividad de este monómero. El PEC obtenido se combinó con AlgNa utilizando ultrasonido para mejorar la compatibilización entre los polímeros. Luego, se obtuvieron los scaffolds a partir de la liofilización de los materiales compatibilizados. La caracterización de los hidrogeles se realizó mediante FTIR, donde se observaron señales características de sus componentes y un corrimiento de estas señales en las matrices obtenidas, lo que podría ser un indicio de la interacción entre los polielectrolitos. Los scaffolds con porosidad anisotrópica con poros alineados en una dirección se lograrán por liofilización con tratamiento previo de enfriamiento controlado. En paralelo, se realizaron estudios in vitro para evaluar la biocompatibilidad y la capacidad osteogénica y condrogénica de los scaffolds. De los materiales ensayados, ninguno resultó ser citotóxico y aquel con mayor proporción de DMAEMA en el PEC resultó el más favorable para la viabilidad celular. Se emplearán en un futuro marcadores fenotípicos por PCR para determinar la capacidad de estos para inducir la diferenciación celular. A largo plazo, este proyecto busca ofrecer una alternativa innovadora y eficaz para el tratamiento de patologías que afectan el tejido óseo y cartilaginoso, las cuales representan un desafío debido al incremento en la incidencia de osteoporosis y a la extensión de la expectativa de vida.