Aporte al desarrollo de un soporte tridimensional de gelatina- alcohol polivinílico para el estudio de tumores sólidos de mama. Fase II: Optimización de propiedades mecánicas, reológicas, microestructurales y de reactividad biológica in vitro
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2023
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Resumen
Breast cancer is the most common type of cancer worldwide, affecting about 2,261,419 women in 2020 with an incidence rate of 47.8%. Its 5-year survival rate is approximately 90% for non-invasive phases and about 70% for non-metastatic invasive phases. (E, Hernandez et al., 2016) In Colombia, breast cancer is one of the main problems in public health, and addressing this neoplasia is necessary (Gamboa et al., 2016). Current research is focused on pharmacological treatment; however, around 95% of these treatments are not FDA-approved due to a lack of preclinical models that imitate the tumor microenvironment. Tissue engineering has introduced the development of three-dimensional supports using natural or synthetic biomaterials that can mimic the tumor microenvironment, allowing for a more precise evaluation of what occurs in vivo. This second-phase project aims to contribute to the development of a gelatin-polyvinyl alcohol three-dimensional support for the study of solid breast tumors, optimizing mechanical, rheological, microstructural, and in vitro biological reactivity properties. The mixture of these two biomaterials (gelatin-polyvinyl alcohol) allows for obtaining supports with different microstructural and in vitro biological reactivity properties appropriate for the development of a three-dimensional solid breast tumor model. Gelatin is a widely used biomaterial for support development and has excellent cell viability, while polyvinyl alcohol is mostly used for the fabrication of phantom tissues, as its acoustic and mechanical properties can be easily adjusted to mimic those of soft tissues due to its high degree of elasticity (L, Chunyang et al., 2020). Therefore, eight supports were developed with both biopolymers at concentrations of 10mg/g and 14mg/g with PVA 30,000 Da and 180,000 Da in ratios of 5:5, 7:3, and 9:1. From the tests for percentage of porosity, tension, compression, dynamic rheology, and cytotoxicity, it was found that the percentage of porosity was >80%, in the second and third cases the young's modulus was within the range reported in the literature for solid breast tumors (800 Pa-3000 Pa), in the fourth case, it was found that the viscoelastic behavior of the supports is more of a solid than a liquid and has great resistance to deformation. As for cytotoxicity and viability tests, they complied with ISO 10993-5.
Descripción
Abstract
El cáncer de mama es el tipo de cáncer más común a nivel mundial, afectando a cerca de 2,261,419 mujeres para el año 2020 y con una tasa de incidencia de 47,8%. Asimismo su tasa de supervivencia a 5 años es de aproximadamente del 90% si se trata de una fase no invasiva y cerca del 70% si se trata de una fase invasiva no metastásica. (E, Hernandez et al., 2016) Para el caso de Colombia este tipo de cáncer es uno de los principales problemas en materia de salud pública y se hace necesaria la atención de esta neoplasia (Gamboa et al., 2016). Motivo por el cual las investigaciones actuales se centran en el tratamiento farmacológico, pero, cerca del 95% de estos tratamientos no son aprobados por la FDA debido a la carencia de modelos preclínicos que imiten el microambiente tumoral. La ingeniería de tejidos ha incursionado en la elaboración de soportes tridimensionales a partir de biomateriales naturales o sintéticos que logran imitar el microambiente tumoral, permitiendo evaluar una respuesta más precisa de lo que ocurre a nivel in vivo. Este proyecto en segunda fase pretende aportar al desarrollo de un soporte tridimensional de gelatina-alcohol polivinílico para el estudio de tumores sólidos de mama optimizando propiedades mecánicas, reológicas, microestructurales y de reactividad biológica in vitro. La mezcla de estos dos biomateriales (gelatina-alcohol polivinílico) permite obtener soportes con diferentes propiedades microestructurales y de reactividad biológica in vitro adecuadas para el desarrollo de un modelo tridimensional de tumor sólido de mama, debido a que la gelatina es un biomaterial de gran uso para el desarrollo de soportes y presenta una excelente viabilidad celular y el alcohol polivinílico es empleado en su mayoría para la fabricación de tejidos fantasma, ya que sus propiedades acústicas y mecánicas se pueden ajustar fácilmente e imitar a las de los tejidos blandos, por su alto grado de elasticidad (L, Chunyang et al,. 2020). Por lo anterior se desarrollaron 8 soportes con ambos biopolímeros en concentraciones de 10mg/g y 14 mg/g con PVA 30,000 Da y 180,000 Da en proporciones de 5:5, 7:3 y 9:1. De las pruebas de porcentaje de porosidad, tracción, compresión, reología dinámica y ensayos de citotoxicidad se obtuvo que el porcentaje de porosidad fue >80%, en el segundo y tercer caso los módulos de young estuvieron dentro del rango que reporta la literatura para el tumor sólido de mama 800 Pa-3000 Pa, en el cuarto caso se obtuvo que el comportamiento viscoelástico de los soportes es más de un sólido que el de un líquido y que tiene una gran resistencia a la deformación y en cuanto a los ensayos de citotoxicidad y viabilidad cumpliendo con la ISO 10993-5.
Palabras clave
Soportes Tridimensionales, Alcohol polivinílico, Microestructura, Reología, Biomateriales, Gelatina
Keywords
Three-dimensional supports, Gelatin, Polyvinyl alcohol, Microstructure, Rheology, Biomaterial