Bioimpresión 3D de apósitos para el tratamiento de heridas crónicas

Abstract

Introducción: Con la tecnología de bioimpresión 3D basada en extrusión se pueden diseñar e imprimir parches personalizados para tratamientos de heridas de piel utilizando tintas de biomateriales. Esto evitaría el contacto con la piel sana circundante y facilitaría la sustitución eficaz de apósitos que sigan el formato y profundidad de úlceras crónicas difíciles de tratar. La pectina es un biopolímero de origen natural que presenta varias ventajas para la fabricación de apósitos; como la hidrofilia, al favorecer la absorción del exudado del lecho de la herida; el mantenimiento de un ambiente ácido que actúa como barrera contra bacterias; la capacidad de gelificación y de unir moléculas activas, medicamentos o factores de crecimiento [1]. En el presente trabajo se formularon tintas de pectina como biomaterial base y pectina con adición de celulosas para bioimprimir en 3D estructuras porosas para su potencial aplicación como parches de heridas crónicas. Luego fueron adicionados componentes bioactivos a la tinta de pectina y fueron realizados ensayos biológicos de los hidrogeles obtenidos.Materiales y métodos: Se utilizó una bioimpresora 3D basada en extrusión y una tinta de pectina de bajo peso molecular LPM 20wt% para la fabricación de estructuras porosas (scaffolds) de diferentes formatos diseñados con software CAD, siguiendo la metodología del trabajo original previo publicado recientemente [1]. La tinta base fue modificada utilizando celulosas al 3wt% (microcristalina y carboximetilcelulosa) para evaluar los cambios en la calidad de bioimpresión (printability). Las estructuras fueron gelificadas utilizando cloruro de calcio 0.5M. Se realizaron diversos ensayos de las tintas y de las estructuras impresas: microscopía óptica y electrónica de barrido (SEM), ensayos reológicos, de compresión mecánica, térmicos (TGA y DSC), difracción de rayos X (XRD), espectroscopía infrarroja (FTIR), citotoxicidad con MTT utilizando células L929, hinchamiento y absorción de humedad. Posteriormente, fueron formuladas tintas de pectina cargadas con componentes activos: (A) metronidazol; (B) resina de Cannabis sativa disuelta en aceite de oliva y dimetilsulfóxido DMSO; (C) aceite esencial de clavo de olor. Se evaluó la proliferación y viabilidad celular mediante ensayos de cristal violeta y rojo neutro con células NIH3T3. Resultados: Utilizando tintas de pectina y pectina modificada con celulosas, se obtuvieron microestructuras de mediana y alta complejidad con bioimpresión 3D. La adición de celulosa microcristalina (MCC) presenta la mejor calidad de impresión de los canales interconectados de las estructuras. Los ensayos fisicoquímicos permitieron caracterizar las tintas de biopolímeros gelificadas y sin gelificar. Los hidrogeles liofilizados de pectina y pectina con MCC casi duplican su peso en la prueba de comportamiento de hinchamiento y absorción de humedad. De la prueba de citotoxicidad MTT con fibroblastos, todas las tintas mostraron una buena biocompatibilidad in vitro. Luego, fueron obtenidas tintas de pectina gelificadas conteniendo diferentes componentes activos. El ensayo de cristal violeta mostró un aumento significativo en la proliferación celular para la muestra (B) respecto al control (tinta base de pectina). Las condiciones (A) y (C) generaron una disminución (o inhibición) de proliferación celular a las 48 h. En el ensayo de rojo neutro la condición (A) mostró una disminución de la viabilidad celular a las 48 h. El resto de las condiciones no muestran cambios significativos en la viabilidad celular respecto al control. Conclusión: Fueron formuladas y caracterizadas tintas de biopolímeros para la bioimpresión 3D de scaffolds con capacidad de retención de humedad, propiedades biocompatibles con fibroblastos y posibilidad de carga con componentes activos para su potencial aplicación en el tratamiento de heridas y úlceras crónicas de piel.