Development of PCL/gelatin nanofibrous membranes with ZnO and MgO nanoparticles via co-electrospinning for biomedical applications

Abstract

Introducción:
Las nanofibras han mostrado diversas aplicaciones en campos ambientales, conversión y almacenamiento de energía, remediación, envasado de alimentos y tecnologías de sensores, además, en la biomedicina e ingeniería de tejidos debido a que ofrecen ventajas tales como una alta relación superficie-volumen, distribución bimodal del tamaño de los poros, alta porosidad, propiedades superficiales adaptables y características mecánicas superiores que promueven una mayor interacción célula-material facilitando la adhesión, proliferación celular y difusión de nutrientes, así como su similitud con la matriz extracelular.

El electrohilado es una técnica utilizada para la fabricación de membranas fibrosas, una de sus configuraciones, es el co-electrohilado que permite combinar diferentes soluciones poliméricas preservando sus propiedades individuales. La policaprolactona (PCL) es un polímero que destaca por sus excelentes propiedades mecánicas, mientras que la gelatina (Gel) por su biocompatibilidad y biodegradabilidad. De igual forma, nanopartículas como ZnO y MgO han sido ampliamente estudiadas por sus propiedades antibacterianas, además, promueven la osteoinducción lo que puede tener un uso potencial como adyuvante en el tratamiento y regeneración de fracturas expuestas.

Objetivo:
Desarrollar y caracterizar membranas nanofibrosas porosas de PCL/gelatina, obtenidas mediante co-electrohilado, incorporando nanopartículas de ZnO y MgO, además de evaluar su capacidad antibacteriana junto con su biocompatibilidad in vitro con células mesenquimales de médula ósea.

Metodología:
Se fabricaron membranas mediante co-electrohilado de soluciones independientes de PCL y gelatina, incorporando diferentes concentraciones de nanopartículas de ZnO y MgO. Las membranas fueron caracterizadas mediante microscopía electrónica de barrido (SEM), ensayo de tracción uniaxial, análisis termogravimétrico (TGA), calorimetría diferencial de barrido (DSC) y espectroscopía de energía dispersiva de rayos X (EDS). Se evaluó la actividad antibacteriana frente a Staphylococcus aureus a través de ensayos turbidimétricos y la viabilidad celular de células mesenquimales de medula ósea mediante el ensayo Alamar Blue.

Resultados:                
Las membranas presentaron morfología fibrosa y adecuada integración de las nanopartículas. Se observaron propiedades morfológicas, mecánicas y térmicas estables para aplicaciones biomédicas. Los resultados mostraron una óptima actividad antibacteriana frente a S. aureus, mientras que los ensayos biológicos indicaron una adecuada viabilidad celular in vitro.

Conclusiones:
Las membranas nanocompuestas de PCL/gelatina con ZnO y MgO obtenidas por co-electrohilado muestran propiedades morfológicas, mecánicas, térmicas, antibacterianas y biológicas prometedoras, lo que muestra su potencial como material adyuvante en el tratamiento de fracturas abiertas.