Compositos poliméricos entrecruzados de CMC-PLA y su posible uso como andamio para soporte y diferenciación hacia células cartilaginosas

Abstract

"El cartílago articular hialino, esencial para el óptimo funcionamiento de las articulaciones, tiene una capacidad limitada de regeneración debido a su anatomía e histología. A pesar de los avances en este campo en los últimos años, la mayoría de los tratamientos disponibles no han ofrecido los mejores resultados y a menudo tienen un carácter profiláctico. La ingeniería de tejidos (IT) se presenta como una rama de la ingeniería biomédica que ofrece soluciones prometedoras para la reparación y regeneración de tejidos dañados. En este contexto, los andamios poliméricos multicapa surgen como una estrategia innovadora para recrear eficazmente la compleja estructura basada en células y macromoléculas del cartílago. Por primera vez, hasta donde es del conocimiento del autor, se presenta la conformación de un andamio multicapa bioinspirado mediante la sinergia del Polí(ácido láctico) (PLA) y la carboximetilcelulosa (CMC), entrecruzada con ácido cítrico (AC), junto con la Hidroxiapatita (HAp) y el Condroitín Sulfato (CS). A través de las técnicas de impresión en tercera dimensión (3D), electrohilado (EH) y fundición por disolvente (FDLP), se creó un microambiente que imita al tejido nativo, proporcionando una estructura tridimensional estratificada con porosidades macroscópicas, alta capacidad de retención de agua (hasta ≈ 490%), superhidrofilicidad (θ = 13.8° ± 1.3°), estabilidad mecánica y una excelente respuesta biológica hacia células madre mesenquimales (CMM), logrando una alta tasa de viabilidad celular (>90%) y actividad metabólica, así como la expresión de los principales genes de diferenciación condrogénica (Sox9, Col2A1 y Acan). Este estudio demuestra la viabilidad de los andamios poliméricos multicapa para aplicaciones en ingeniería de cartílago. La combinación de materiales biodegradables, la regulación de propiedades intrínsecas y extrínsecas, y el diseño de andamios con características similares a la matriz extracelular (MEC) ofrece una estrategia prometedora para la regeneración efectiva del tejido cartilaginoso. Sin embargo, las limitaciones en la calidad de las materias primas y la falta de estímulos externos de compresión mecánica deben considerarse en futuras investigaciones en este ámbito. No obstante, el enfoque de la presente tesis es innovador y podría tener un impacto significativo en el campo de la medicina regenerativa y la terapia de tejidos."

"Hyaline articular cartilage, crucial for optimal joint function, has limited regenerative capacity due to its anatomy and histology. Despite recent advances in this field, most available treatments have not yielded optimal results and often have a prophylactic nature. Tissue engineering (TE) emerges as a branch of biomedical engineering that offers promising solutions for the repair and regeneration of damaged tissues. In this context, multilayered polymeric scaffolds arise as an innovative strategy to effectively recreate the complex cell and macromolecule-based structure of cartilage. For the first time, as far as it is known to the author, the formation of a bioinspired multilayered scaffold is presented, leveraging the synergy of Poly(lactic acid) (PLA) and carboxymethylcellulose (CMC), crosslinked with citric acid (CA), along with Hydroxyapatite (HAp) and Chondroitin Sulfate (CS). Through third-dimensional printing (3D), electrospinning (ES), and solvent casting (SC), a microenvironment mimicking native tissue was created, providing a stratified three-dimensional structure with macroscopic porosities, high water retention capacity (up to ≈ 490%), superhydrophilicity (θ = 13.8° ± 1.3°), mechanical stability, and an excellent biological response to pluripotent stem cells (PSCs), achieving a high cell viability rate (>90%) and metabolic activity, as well as the expression of key chondrogenic differentiation genes (Sox9, Col2A1, and Acan). This study demonstrates the feasibility of multilayered polymeric scaffolds for applications in cartilage engineering. The combination of biodegradable materials, regulation of intrinsic and extrinsic properties, and scaffold design with features resembling the extracellular matrix (ECM) offers a promising strategy for the effective regeneration of cartilaginous tissue. However, limitations in raw material quality and the absence of external mechanical compression stimuli must be considered in future research in this field. Nonetheless, this approach is innovative and could have a significant impact in the field of regenerative medicine and tissue therapy."