Evaluation of an amine-catalyzed copolymer scaffold for the culture of atrial chondrocytes with potential for atrial tissue engineering.

Abstract

Introducción:

La ingeniería de tejidos integra andamios, células y factores de crecimiento para regenerar estructuras biológicas con alta biocompatibilidad. La microtia, malformación común del oído externo, impulsa el avance de estrategias de neoformación tisular basadas en materiales poliméricos.

Objetivo:

Sintetizar y caracterizar físico-químicamente un andamio compuesto de un copolímero de PETA (Pentaerythritol triacrylate-co-trimethylolpropane), DMA (Dimethylamine), TMPTMP (trimethylolpropane tris(3-mercaptopropionate) y un hidrogel con condrocitos analizando su biocompatibilidad a partir de la caracterización mecánica y celular del cartílago auricular de porcino neonato como modelo experimental para microtia infantil con potencial para la reconstrucción del oído externo.

Metodología:

Se sintetizó el copolímero de PETA, DMA y TMPTMP a 2.8%, 16.1% y 35.1% de DMA con una proporción 1:1 a partir del TMPTMP. Se caracterizaron mediante FT-IR, ensayos mecánicos, pruebas de hinchamiento y erosión y microscopía electrónica de barrido. Se evaluó la biocompatibilidad del copolímero por medio de ensayos de hemólisis y MTT. Se extrajo el cartílago elástico del pabellón auricular de dos cerdos neonatos de 5 semanas y se aislaron los condrocitos, se analizó histológicamente con H&E. La proliferación celular se definió bajo tres densidades celulares distintas, y se realizaron pruebas mecánicas mediante microindentación con el equipo FT-MTA 03 Mechanical Testing and Assembly System de Femto Tools. Para el sembrado en el material compuesto por el copolímero y el hidrogel se cultivó una multicapa celular y se mantuvo en incubación durante 21 días.

Finalmente, los análisis estadísticos para identificar diferencias significativas se realizaron con pruebas de normalidad y después con ANOVA de dos vías con el software GraphPad Prism.

Resultados:

El copolímero de PETA/DMA/TMPTMP se logró sintetizar a 2.8% y 16.1% y se encontraron correctamente definidos los grupos funcionales en el FT-IR antes de la polimerización y después. Dentro de la caracterización mecánica del polímero de 16.1%, la prueba de tensión mostró que la media del módulo de young es 67.0225 KPa y el porcentaje de deformación al esfuerzo máximo fue de 12.92% a 891.66 KPa, mientras que el ensayo de compresión tuvo un porcentaje de deformación al esfuerzo máximo de 67.62% a 31.16 KPa. Después de 30 días no se encontró cambios en el peso de los andamios de 16.1% de DMA. Se demostró que el material es biocompatible. Mediante cortes histológicos del tejido extraído se identificaron las estructuras características del cartílago elástico auricular. Su tiempo de duplicación fue de 72 horas a 7 días en una densidad de 10,000 células/ cm2. El tejido nativo presentó un mínimo de módulo de young de 0.0479 MPa, máximo 0.0976 MPa y una media de 0.0686 MPa.

Conclusiones:

El copolímero 16.1% DMA sintetizado por catálisis amínica presentó resistencia a tracción y compresión superiores al cartílago auricular nativo y replicó fielmente la geometría del pabellón. Se demostró que el cartílago auricular del porcino neonato fue correctamente caracterizado presentando gran similitud con los datos reportados en la literatura respecto al módulo de Young bajo pruebas de indentación.