Material electroactivo impreso 3D basado en compuestos de óxido de grafeno térmicamente reducido y prolicaprolactona para aplicaciones en ingeniería de tejidos

Abstract

Un biomaterial electroactivo entrega estimulación eléctrica (ES) y provoca distintos efectos en células humanas y bacterianas dependiendo del tipo de estímulo aplicado. Se destacan los polímeros electroactivos obtenidos mediante compuestos biocompatibles con partículas conductoras, tales como las basadas en Grafeno. El objetivo de esta investigación fue obtener estructuras tridimensional porosas o scaffolds mediante impresión 3D del compuesto electroactivo de Policaprolactona (PCL) con 10% wt de partículas conductoras de Óxido de Grafeno Reducido Térmicamente (TrGO) para estudiar el efecto de la ES sobre el desempeño celular y reducción bacteriana. Se estudió la relevancia de la temperatura de reducción térmica del Óxido de Grafeno sobre la conducción eléctrica del compósito, y se mostró que a 1000 °C se obtiene un TrGO con menor cantidad de grupos funcionales con respecto a uno reducido a 700 °C, y por lo tanto un compuesto PCL/TrGO de mayor conductividad eléctrica. Este compuesto polimérico fue utilizando para la obtención de scaffolds conductores impresos 3D en los ensayos con células humanas y bacterianas. La presencia de TrGO en la matriz polimérica de PCL permitió modificar la topografía y disminuir la hidrofobicidad de los scaffolds generando un efecto anti-adherente del 40% de S. aureus y duplicando la viabilidad de células madre humanas derivadas de médula ósea (hBM-SCs) con respecto a los scaffolds de PCL puro. Al aplicar 30 V por 3h en corriente directa, se logró una significativa reducción bacteriana del 100% en los scaffolds compuestos en comparación con PCL puro. Se comprobó que este régimen de ES es además citocompatible para hBM-SCs, cuadriplicando su proliferación en los scaffolds PCL/TrGO con respecto al PCL. Por otra parte, se analizó el efecto de un campo eléctrico (EF) de 0.5 V/mm sobre las hBM-SCs adheridas a los scaffolds. En los scaffolds electroactivos PCL/TrGO bajo EF se obtuvieron resultados sobresalientes en la proliferación y potencial diferenciación celular hacia linaje osteoblástico luego 7 días de EF, lo que fue testeado mediante la producción de la proteína alcalina fosfatasa y deposición de calcio bajo EF. Producto de la EF, se modificó la morfología de las células en función a la dirección del EF. Con la obtención de scaffolds conductores de PCL/TrGO mediante impresión 3D se logró obtener una siginificativa reducción bacteriana y una alta citocompatibilidad para células humanas al aplicarse un ES, abriendo nuevas rutas de biomateriales inteligentes para ingeniería de tejidos.