Los hidrogeles son candidatos prometedores que imitan el microambiente natural de la piel debido a su estructura molecular porosa e hidratada.
Estudio: nanocompuesto a base de alginato/gelatina reforzado con nanofibras electrohiladas húmedas como sustituto de la piel que imita la biotecnología en una sola dosis. Crédito: Fotografía de impacto/Shutterstock.com
En un artículo reciente publicado en la revista ACS Applied Bio Materials, se prepararon nanocompuestos de hidrogel (HG) reforzados con nanofibras (NF) para la cicatrización de heridas. El HG enriquecido con NF imitaba la matriz extracelular (MEC) y servía como sustituto de la piel para la cicatrización de heridas.
La matriz de HG mejorada con NF consistía en alginato de sodio antimicrobiano (SA) y gelatina (GE). punica granatum Extracto (PE) junto con Ácido Hialurónico (HA). Además, los nanocompuestos de HG reticulados con clorhidrato de N-(3-(dimetilamino)propil)-N′-etilcarbodiimida (EDC) se reforzaron con NF fragmentados de acetato de celulosa/policaprolactona (PCL/CA) cargados con ácido transferúlico (FA).
Las nanofibras utilizadas para reforzar los nanocompuestos de HG se prepararon electrogirando en húmedo la solución coagulante de alcohol polivinílico (PVA) para imitar las fibras ECM porosas. El sustituto de piel reforzado diseñado para aplicaciones de curación de heridas ofreció la capacidad de ajuste de las propiedades mecánicas y físicas junto con su microestructura porosa intrínseca.
Los nanocompuestos de HG diseñados para la cicatrización de heridas se caracterizaron mediante calorimetría diferencial de barrido (DSC), espectroscopia infrarroja transformada de Fourier (FTIR) y microscopía electrónica. Además, los nanocompuestos de HG se evaluaron en cuanto a su biocompatibilidad, biodegradabilidad, bioactividad y cinética de liberación de fármacos in vitro para confirmar su aplicabilidad práctica en la cicatrización de heridas.
Nanocompositos en el proceso de cicatrización de heridas
La cicatrización de heridas es un proceso complejo de reparación de la piel que comienza inmediatamente después de una lesión en la capa epidérmica y puede llevar de días a años. Este proceso dinámico de cicatrización de heridas involucra mecanismos celulares, humorales y moleculares altamente organizados. La cicatrización de heridas tiene tres fases superpuestas: inflamación, proliferación y remodelación. Cualquier interrupción de estas fases podría provocar una cicatrización anormal de la herida.
Un nanocompuesto es una combinación de dos o más materiales, de los cuales el nanomaterial es al menos uno de los componentes, con propiedades fisicoquímicas únicas. Los materiales nanocompuestos están diseñados para exhibir propiedades que exceden las capacidades de la suma de sus partes. Los materiales embebidos en nanocompositos se denominan materiales de refuerzo embebidos en otro material llamado matriz.
La tendencia existente en la medicina regenerativa fomenta el reemplazo de tejidos naturales dañados con sustitutos de piel tridimensionales (3D) que representan la MEC natural. Como resultado, el sustituto de la piel fortalece las interacciones de los materiales celulares y promueve la regeneración de tejidos. Con este fin, los hidrogeles sirven como andamios 3D ricos en agua que exhiben propiedades elásticas como el tejido blando natural.
Aunque la porosidad de los hidrogeles permite la absorción de exudados y mantiene el equilibrio de humedad, carecen de propiedades mecánicas y son muy susceptibles a la degradación. Sin embargo, la incorporación de nanofibras en la matriz de hidrogel reticulado da como resultado nanocompuestos híbridos reforzados que tienen una estructura de poros óptima que mantiene el equilibrio hídrico y evita la migración celular en hidrogeles 3D.
Nanocompuestos a base de gelatina/alginato mejorados con NF para la cicatrización de heridas
En el presente trabajo, se desarrolló y evaluó la capacidad de cicatrización de heridas de un sustituto de piel de ECM basado en HG que imita los nanocompuestos de HG mejorados con NF. La matriz de HG, que sirvió como sustituto de la piel, constaba de SA, GE, agentes antimicrobianos de PE y componentes vitales de HA, como en la MEC natural.
La reticulación de HG con reticulador EDC y el refuerzo con PCL/CA-NF fragmentados cargados con FA dieron como resultado nanocompuestos altamente competentes, con las nanofibras preparadas mediante electrohilado húmedo en una solución coagulante de PVA, que se asemeja a las fibras ECM. Además, se planteó la hipótesis de que esta matriz híbrida 3D facilita la identificación de las células tanto de la estructura NF como del entorno rico en agua, e imita la MEC.
Además, el sustituto de la piel diseñado tiene propiedades mecánicas ajustables, excelentes propiedades físicas y una microestructura altamente porosa. Los resultados de la caracterización mostraron que los NF simples y cargados con FA tenían diámetros promedio de 210 ± 12 y 452 ± 25 nanómetros, respectivamente.
Además, se consideró realizar un modelo de defecto de escisión de espesor total en vivo Estudios para evaluar las propiedades de cicatrización de heridas y regeneración de la piel de los nanocompuestos de HG diseñados. Los resultados mostraron que los nanocompuestos de HG diseñados tenían buenas propiedades antimicrobianas, citocompatibilidad, actividad de eliminación de radicales, absorción de agua, porosidad y buena biodisponibilidad.
Además, con su capacidad de tratamiento de dosis única contra heridas con un diámetro de 0,95 milímetros, los nanocompuestos de HG que imitan la ECM mostraron una excelente actividad de cicatrización de heridas después de 15 días. Además, con la ayuda del examen histológico del área de la herida, se observó que los nanocompuestos de HG que sirven como sustituto de la piel pueden mejorar el proceso de cicatrización de heridas y mejorar la regeneración de la piel.
Conclusión
En resumen, se fabricó un sustituto de piel que imita la MEC natural aumentando la matriz de HG con NF. Los nanocompuestos HG desarrollados se incorporaron con componentes clave de ECM nativo. En consecuencia, el sustituto de la piel consistió en GE/SA HG enriquecido con PCL/CA NF fragmentados.
El proceso de fabricación fue simple sin necesidad de técnicas complicadas y difíciles. Los nanocompuestos de HG fabricados mostraron propiedades mecánicas ajustables, excelentes propiedades físicas y una microestructura altamente porosa. Además, el nanocompuesto HG tiene la ventaja de ser un sustituto de la piel de una sola dosis para una cicatrización de heridas y una regeneración de la piel eficientes.
Relación
Aboomeirah AA, Sarhan WA, Khalil EA, Abdellatif A, Dena ASA, El-Sherbiny IM. (2022) Nanocompuesto a base de alginato/gelatina reforzado con nanofibras electrohiladas húmedas como sustituto de la piel biomimético de dosis única. Biomateriales Aplicados ACS.https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsabm.2c00147
