Hierarchical trilayer PCL/Gelatin scaffolds: Tunable bioactive properties for enchased protein adsorption and cell interaction in small diameter vascular grafts

La fabricación de estructuras jerárquicas que se asemejan a la matriz extracelular (ECM) de los vasos sanguíneos sigue siendo un gran desafío para la fabricación de andamios para guiar racionalmente la infiltración celular por bioquímica superficial. Dentro de este contexto, la fabricatción de andam...

Full description

Autores:
García Brand, Andrés Julián
Tipo de recurso:
Fecha de publicación:
2021
Institución:
Universidad de los Andes
Repositorio:
Séneca: repositorio Uniandes
Idioma:
eng
OAI Identifier:
oai:repositorio.uniandes.edu.co:1992/55113
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/1992/55113
Palabra clave:
Polycaprolactone
Oxidation
Electrospinning
Protein adsorption
Hierarchical
Ingeniería
Rights
openAccess
License
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description La fabricación de estructuras jerárquicas que se asemejan a la matriz extracelular (ECM) de los vasos sanguíneos sigue siendo un gran desafío para la fabricación de andamios para guiar racionalmente la infiltración celular por bioquímica superficial. Dentro de este contexto, la fabricatción de andamios utilizando polímeros sintéticos biodegradables (BSP) por electrospinning ha demostrado resultados precisos para microtopografías similares a tejidos blandos. Sin embargo, la falta de bioactividad de BSP y la falta de miscibilidad con polímeros naturales durante la fabricación representan un desafío para la adsorción de proteínas. Es por esto que el presente trabajo tiene como objetivo presentar una metodología para la fabricación de una estructura basada en policaprolactona (PCL) de tres capas con bioactividad mejorada para incrementar la adsorción de proteínas. Para este propósito, se implemento la oxidación del PCL (O-PCL) y posteriormente se vertió sobre un molde fabricado por fotolitografía, para obtener una superficie bioactiva microranurada basada en arterias. Luego, dos capas electrohiladas de PCL:gelatina (75:25, 95:5 p/p) mezcladas mediante un nuevo método de desolvatación simple, se depositaron sobre el O-PCL moldeado para abordar un gradiente fisicoquímico. La caracterización in vitro, evaluada por fibroblastos de ratón L929, demuestra que el andamio poroso es una plataforma adecuada para la colonización y el crecimiento celular en su capa interna y para una proliferación guiada de adentro hacia afuera necesaria para la colonización de la pared vascular en la capa externa. Se encontró que las propiedades de tracción son óptimas para evitar fallas mecánicas en tensiones y deformaciones fisiológicas arteriales comunes, incluso después de 24 h de adsorción de proteínas. Por lo tanto, este trabajo muestra el potencial de la oxidación del poliéster como un método de bajo costo para superar los problemas bioquímicos de la superficie.
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Dentro de este contexto, la fabricatción de andamios utilizando polímeros sintéticos biodegradables (BSP) por electrospinning ha demostrado resultados precisos para microtopografías similares a tejidos blandos. Sin embargo, la falta de bioactividad de BSP y la falta de miscibilidad con polímeros naturales durante la fabricación representan un desafío para la adsorción de proteínas. Es por esto que el presente trabajo tiene como objetivo presentar una metodología para la fabricación de una estructura basada en policaprolactona (PCL) de tres capas con bioactividad mejorada para incrementar la adsorción de proteínas. Para este propósito, se implemento la oxidación del PCL (O-PCL) y posteriormente se vertió sobre un molde fabricado por fotolitografía, para obtener una superficie bioactiva microranurada basada en arterias. Luego, dos capas electrohiladas de PCL:gelatina (75:25, 95:5 p/p) mezcladas mediante un nuevo método de desolvatación simple, se depositaron sobre el O-PCL moldeado para abordar un gradiente fisicoquímico. La caracterización in vitro, evaluada por fibroblastos de ratón L929, demuestra que el andamio poroso es una plataforma adecuada para la colonización y el crecimiento celular en su capa interna y para una proliferación guiada de adentro hacia afuera necesaria para la colonización de la pared vascular en la capa externa. Se encontró que las propiedades de tracción son óptimas para evitar fallas mecánicas en tensiones y deformaciones fisiológicas arteriales comunes, incluso después de 24 h de adsorción de proteínas. Por lo tanto, este trabajo muestra el potencial de la oxidación del poliéster como un método de bajo costo para superar los problemas bioquímicos de la superficie.The fabrication of hierarchical structures that resemble blood vessel extracellular matrix (ECM) remains as great challenge for scaffold fabrication to rationally guide cell infiltration by surface biochemistry. Within this context, scaffold assembly using biodegradable synthetic polymers (BSP) by electrospinning have demonstrated accurate results for soft-tissue-resemble microtopographies. However, chemically inertly of BSP and lack of miscibility with natural polymers during manufacture, represent a challenge for protein adsorption without significant loss of secondary structure to improve cell adhesion. Thus, the present work aims at presenting a methodology for the fabrication of a three-layer polycaprolactone (PCL)-based structure with enhance bioactivity to improve protein adsorption. For this purpose, PCL was backbone-oxidated (O-PCL) and subsequently casted over a photolithography-manufactured mold, to obtain an artery-based microgrooved bioactive surface as demonstrated by protein adsorption assay (BSA), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and calorimetric analysis. Then, two electrospunned layers of PCL:Gelatin (75:25, 95:5 w/w) mixed by a novel single-desolvation method were deposited over the casted O-PCL to address a physicochemical gradient. In vitro characterization, assessed by L929 mouse fibroblast demonstrate that the porous scaffold is a suitable platform for cell colonization and growth at their inner layer and, for an in-side-to-outside guide proliferation needed for vascular wall colonization at the external layer. Tensile properties were found optimal to avoid mechanical failure at common arterial physiological stresses and strains, even after 24 h of protein adsorption. Therefore, this work displays the potential of polyester oxidation as a low-cost method to overcome surface biochemical issues and, demonstrates the accuracy of using natural polymers together with BSP to rational improve physicochemical properties.Magíster en Ingeniería BiomédicaMaestría27 páginasapplication/pdfengUniversidad de los AndesMaestría en Ingeniería BiomédicaFacultad de IngenieríaDepartamento de Ingeniería BiomédicaHierarchical trilayer PCL/Gelatin scaffolds: Tunable bioactive properties for enchased protein adsorption and cell interaction in small diameter vascular graftsTrabajo de grado - Maestríainfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionTexthttp://purl.org/redcol/resource_type/TMPolycaprolactoneOxidationElectrospinningProtein adsorptionHierarchicalIngeniería201516514Publicationa1afa9bf-acfa-4fd4-b002-806fa86cc367virtual::17549-108e6fb24-9779-48fb-a099-eac8212a566dvirtual::17550-1a1afa9bf-acfa-4fd4-b002-806fa86cc367virtual::17549-108e6fb24-9779-48fb-a099-eac8212a566dvirtual::17550-1https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0000008320virtual::17549-1THUMBNAIL26535.pdf.jpg26535.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg27490https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/cb9bc566-d23c-4546-8924-75415b710359/downloadc64001e8820a433b54c62ae080f821a7MD53ORIGINAL26535.pdfapplication/pdf24824295https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/e781707e-750b-46f9-8d5f-c49d8409529a/download99256645be66f690017be2b26572ac8cMD51TEXT26535.pdf.txt26535.pdf.txtExtracted texttext/plain96564https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/02f538e6-410d-44ea-9c93-2508017bd53b/downloadd3247b46cb0cb6918c2c18be7ffe2e7fMD521992/55113oai:repositorio.uniandes.edu.co:1992/551132024-03-13 16:03:10.036http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/open.accesshttps://repositorio.uniandes.edu.coRepositorio institucional Sénecaadminrepositorio@uniandes.edu.co