Improvement of GelMA Hydrogels and Development of a Hybrid Nanoparticle-GelMA-Based Bioink for Tissue Engineering

El documento se centra en el GelMA, un biomaterial semisintético derivado del colágeno, que ofrece ventajas significativas en ingeniería de tejidos. El GelMA conserva dominios de unión celular con sitios de escisión proteasa, lo que lo convierte en un material biocompatible y bio-responsivo. Su capacidad de fotoentrecruzamiento, transparencia y flexibilidad en microfabricación lo convierten en una opción atractiva para desarrollar sistemas celulares en aplicaciones biomédicas. Sin embargo, los métodos tradicionales de producción de GelMA sufren de inconsistencias entre lotes y bajos rendimientos, debido a la falta de control estricto sobre los parámetros clave del proceso de reacción, como la mezcla, la adición de anhídrido metacrílico y el pH. El documento aborda la problemática actual y presenta una solución para la producción de GelMA más eficiente y reproducible.

Esta sección se centra en el desarrollo y la estandarización de un método semiautomático para la síntesis y purificación continua de GelMA. Se utiliza un reactor enchapado personalizado con control de temperatura, agitación y pH. La adición de anhídrido metacrílico se controla mediante una bomba de jeringa, y se implementa un sistema de flujo continuo con bombas peristálticas para la diálisis de GelMA. Esta metodología reduce significativamente la intervención humana, el tiempo de diálisis y el consumo de agua en comparación con los protocolos actuales. El documento también presenta un análisis exhaustivo de las características del GelMA sintetizado, incluyendo el grado de funcionalización química, el tiempo de fotoentrecruzamiento y el desempeño mecánico y biológico.

Con el objetivo de mejorar las propiedades de GelMA como biotinta en impresión 3D, se investigan los efectos de la carga de nanopartículas. Se utiliza halloysita, un tipo de arcilla aluminosilicato, como relleno de tamaño nanométrico para mejorar las propiedades mecánicas de los hidrogeles de GelMA. Se realizan pruebas de compresión para evaluar la resistencia compresiva del GelMA puro en comparación con el GelMA cargado con halloysita. Los resultados indican que la adición de halloysita duplica el módulo de compresión del GelMA, lo que sugiere un posible uso en ingeniería de tejidos para mejorar las propiedades mecánicas de los andamios. Se exploran diferentes combinaciones de biotinta variando el grado de metacrilación y las concentraciones de GelMA y halloysita para optimizar la impresión 3D, incluyendo una estrategia de entrecruzamiento térmico/fotoquímico en dos pasos.

El documento concluye que se ha mejorado con éxito el proceso de síntesis de GelMA mediante la estandarización de una metodología precisa, lo que reduce el tiempo de producción total y permite la fabricación simultánea de cantidades significativas. Se demuestra la viabilidad de la biotinta de GelMA cargada con nanopartículas para la creación de un microambiente favorable al cultivo de células adherentes. El documento destaca la versatilidad del GelMA para aplicaciones en ingeniería de tejidos, como la producción de tejidos in vitro para la investigación clínica y biomédica. Se sugiere que la investigación futura se centre en la exploración de nuevos tipos de nanopartículas para mejorar aún más las propiedades de la biotinta y optimizar la impresión 3D de diferentes tipos de tejidos. Se mencionan áreas clave para futuras investigaciones, como la realización de pruebas con más tipos de células y la evaluación completa de la expresión genética para determinar la mejor combinación de nanopartículas y GelMA para tipos de células específicos.