Carbon nanomaterials: biocompatibility and reinforcement material for 3D bioprinting ink

Abstract

"Los nanotubos de carbono (CNTs, por sus siglas en inglés) y el grafeno (G) son formas alotrópicas del elemento carbono. Estos materiales de carbono exhiben propiedades físicas, mecánicas, térmicas y ópticas únicas, las cuales los hacen atractivos para diversas aplicaciones industriales y biomédicas. Debido a que los CNTs tienen forma similar a las fibras de asbesto, estos pueden presentar un riesgo potencial para la salud humana y por ello es crucial una caracterización toxicológica completa del material. El objetivo de este trabajo fue evaluar la biocompatibilidad/toxicidad de CNTs y G sobre células de mamíferos empleando diferentes metodologías de exposición, concentraciones, dispersante y tiempo de exposición. Demostramos que G es biocompatible con células mononucleares de sangre periférica. También, encontramos que la síntesis de CNx produce diferentes morfologías de nanomateriales que generan diversas respuestas celulares en fibroblastos de ratón y células hematopoyéticas humanas. Sin embargo, los CNx pertenecientes a la región de alta producción son biocompatibles con células de mamíferos y estas células pueden embeberlos. Por otro lado y de manera conjunta, se desarrolló un biomaterial (hidrogel) mejorado para cultivos en 3D. Este material está compuesto por dos polímeros biocompatibles, alginato y gelatina, los cuales son ampliamente usados en biomedicina como soporte celular. Estos hidrogeles fueron modificados mediante la incorporación de CNTs en su matriz, mejorando las propiedades del material. Los nanomateriales así como el composito formado por nanomateriales-hidrogel representan una alternativa para el desarrollo modelos 3D in vitro, que pudieran ser empleados en biomedicina."

"Carbon nanotubes (CNTs) and graphene (G) are allotropic forms of carbon element. These carbon materials exhibit physics, mechanics, thermal and optical properties making them attractive for several industrial and biomedical applications. Since CNTs have similar shape to asbestos fibers, they could represent a potential risk for human health, and therefore, it is crucial a full characterization of CNTs. The aim of this work was to evaluate the biocompatibility/toxicity of CNTs and G on mammalian cells using different exposure methodologies, concentration, dispersant and time of exposure. We demonstrated that G are biocompatible with peripheral blood mononuclear cells. Also, we found that synthesis of CNTs produces different nanomaterials morphologies, which generate differences in the cellular response on fibroblasts and human hematopoietic stem cells. However, CNx belonging to high region are biocompatible with mammalian cells and they can embed CNx. Furthermore, an improved biomaterial (hydrogel) for 3D culture was made. This material is composed by two biocompatible polymers, alginate and gelatin, which are widely used in biomedicine for cellular support (scaffolds). These hydrogels were modified by the incorporation of CNTs to their matrix, improving the material’s properties. The nanomaterials as well as the composite formed by nanomaterials-hydrogel represent an alternative for constructing 3D in vitro models, which could use them in the biomedical field."