Diseño de una metodología para la obtención de un hidrogel con potencial aplicación en la diferenciación de precursores de oligodendrocitos.
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2023
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Resumen
Los oligodendrocitos (OL) son las células gliales encargadas de la producción de mielina en los axones. Estos se ven directamente afectados por las enfermedades desmielinizantes que impiden que se lleve a cabo de manera correcta la diferenciación de las células precursoras de oligodendrocitos (POS) a OL mielinizantes por factores como las características físicas de la matriz extracelular (MEC) (Lourenco, 2016). Lo anterior se debe a que los OL son mecanosensibles. Entre las variables más relevantes en este proceso, se encuentran la rigidez y la topografía presentes en su microambiente (Jagielska,2012).
Los biomateriales han sido una alternativa usada frecuentemente para la regeneración de tejido nervioso, en especial los hidrogeles, debido a su alta compatibilidad y su adaptabilidad a diferentes características fisicoquímicas. Actualmente existen propuestas de biomateriales que propician un mejor entorno para la diferenciación de los POS, sin embargo, no presentan sinergia entre las variables fisicomecánicas anteriormente nombradas (Carvalho, 2020), lo que genera una deficiencia en su funcionalidad. Según Makhija, et al., la rigidez que debe cumplir un biomaterial destinado a la regeneración y diferenciación de OL es de 1 a 7 kPa y algunas de las características topográficas importantes son la geometría, la isotropía y la composición.
Teniendo en cuenta esta problemática, se planteó como objetivo de este trabajo el desarrollo de una metodología de obtención de un biomaterial tipo hidrogel con características de rigidez y topografía con potencial aplicación en el desarrollo de andamios que promuevan la diferenciación de precursores de oligodendrocitos. Este objetivo se compone de tres etapas principales de diseño desde la ingeniería y de evaluación: el diseño conceptual del hidrogel, el diseño detallado o de obtención del biomaterial y la caracterización de las muestras obtenidas. Primeramente se establecieron las variables críticas y los requerimientos del hidrogel, para la posterior selección y obtención de las dos propuestas de material (Polivinil alcohol-Alginato de Sodio y Alginato de sodio-Carboximetil quitosano) que cumplían con los parámetros requeridos. El resultado después de evaluar las propuestas de material fue un hidrogel compuesto de Polivinil alcohol-Alginato de sodio, el cual para su obtención se llevó a cabo un diseño experimental factorial estableciendo tres diferentes niveles: relación de volumen en mL entre los componentes respectivamente (7:3, 5:5 y 3:7), variación del tiempo y volumen del agente reticulante CaCl2. Por último, se caracterizaron y evaluaron las muestras con el fin de establecer la metodología de obtención del hidrogel con resultados favorables teniendo en cuenta las condiciones necesarias para promover la diferenciación de los precursores de oligodendrocitos como producto del proyecto. La metodología seleccionada corresponde a la muestra compuesta por igual cantidad de volumen de la solución AS-PVA con un tiempo de agitación de 8 horas y una adición de volumen de la solución de CaCl2 de 2,5 ml.
Descripción
Abstract
Oligodendrocytes (OL) are the glial cells responsible for the production of myelin in axons. These are directly affected by demyelinating diseases that prevent the differentiation of oligodendrocyte precursor cells (POS) to myelinating OLs due to factors such as the physical characteristics of the extracellular matrix (ECM) (Lourenco, 2016). This is because OLs are mechanosensitive. Among the most relevant variables in this process are the stiffness and topography present in its microenvironment (Jagielska, 2012).
Biomaterials have been a frequently used alternative for the regeneration of nervous tissue, especially hydrogels, due to their high compatibility and adaptability to different physicochemical characteristics. There are currently proposals for biomaterials that promote a better environment for the differentiation of POS, however, they do not present synergy between the physicomechanical variables previously named (Carvalho, 2020), which generates a deficiency in their functionality. According to Makhija, et al., the stiffness that a biomaterial intended for OL regeneration and differentiation must meet is 1 to 7 kPa and some of the important topographic characteristics are geometry, isotropy and composition.
Taking into account this problem, the objective of this work was the development of a methodology for obtaining a hydrogel-type biomaterial with characteristics of stiffness and topography with potential application in the development of scaffolds that promote the differentiation of oligodendrocyte precursors. This objective consists of three main stages of design from engineering and evaluation: the conceptual design of the hydrogel, the detailed design or obtaining of the biomaterial and the characterization of the samples obtained. First, the critical variables and requirements of the hydrogel were established, for the subsequent selection and obtaining of the two material proposals (Polyvinyl alcohol-Sodium Alginate and Sodium Alginate-Carboxymethyl chitosan) that met the required parameters. The result after evaluating the material proposals was a hydrogel composed of Polyvinyl alcohol -Sodium alginate (SA-PVA), which to obtain a factorial experimental design was carried out establishing three different levels: volume ratio in mL between the components respectively (7:3, 5:5 and 3:7), variation of time and volume of the crosslinking agent CaCl2. Finally, the samples were characterized and evaluated in order to establish the methodology for obtaining the hydrogel with favorable results taking into account the necessary conditions to promote the differentiation of oligodendrocyte precursors as a product of the project. The selected methodology corresponds to the sample composed of equal volume amount of SA-PVA solution with a stirring time of 8 hours and an addition of volume of CaCl2 solution of 2.5 ml.
Palabras clave
Oligodendrocitos, biomaterial, hidrogel, rigidez, topografía, metodología de obtención
Keywords
Oligodendrocytes, biomaterial, hydrogel, stiffness, topography, methodology of obtaining