Nanocellulose-alginate-based bioinks for 3D bioprinting and osteochondral regeneration

Abstract

La bioimpresión 3D es una emergente tecnología de fabricación aditiva que ha demostrado tener una ventaja respecto a las técnicas convencionales debido a su automatización, rapidez y reproducibilidad. En este sentido, podría ser una herramienta eficaz para la fabricación de tejidos como el cartílago y el hueso, tejidos con una gran demanda debido a la alta incidencia de lesiones osteocondrales en la población adulta y anciana. Una de las claves para obtener una buena bioimpresión 3D es la biotinta. Para ello, en esta tesis, se han desarrollado diferentes biotintas a base de polímeros naturales como la nanocelulosa (NC) y el alginato (Alg) debido a sus buenas propiedades tanto mecánicas como biológicas. Está biotinta ha demostrado tener las propiedades reológicas adecuadas para fabricar estructuras 3D estables y con una similitud al diseño asistido por ordenador. Posteriormente, a esta biotinta base se le añadió ácido hialurónico (HA), un polímero que se encuentra de forma natural en la matriz extracelular de diversos tejidos humanos. El añadir HA ha demostrado mejorar las propiedades mecánicas de la biotinta base NC-Alg. Además, se ha establecido el autoclave de ciclo corto como método de esterilización para ambas biotintas debido a que ha demostrado ser la técnica menos destructiva al compararla con la esterilización por autoclave de ciclo largo y las radiaciones ionizantes. Por último, la biotinta NC-Alg-HA haaumentado la proliferación, viabilidad y actividad metabólica de las células mesenquimales D1 respecto a la biotinta NC-Alg, haciéndola una biotinta eficaz para su uso en la regeneración de diversos tejidos. Con el objetivo de enfocar la biotinta base NC-Alg a la regeneración de cartílago, se le ha añadido dos componentes que se encuentran en la matriz cartilaginosa como el sulfato de condroitina (CS) y el sulfato de dermatán (DS). Ambas biotintas (NC-Alg-CS) y (NC-Alg-DS) mejoraron tanto las propiedades reológicas como las biológicas en comparación con la tinta base NC-Alg. Además, las células D1 han demostrado tener la capacidad de diferenciación a cartílago aumentada con CS y DS, lo que haría a estas estructuras bioimpresas un posible tratamiento para la regeneración condral. Por último, para regenerar hueso, a la biotinta NC-Alg se ha añadido hidroxiapatita (HAP), el componente principal del hueso, y óxido de grafeno (GO), componente que ha presentado excelentes propiedades mecánicas. Ambas biotintas aumentaron las propiedades mecánicas de la biotinta base, algo necesario en la regeneración de tejidos duros como el hueso. Por otro lado, las propiedades biológicas también han visto promovidas por la presencia de HAP y GO en la biotinta. Por último, la capacidad de diferenciación ósea se ha visto aumentada en las células con ambas biotintas, siendo la biotinta NC-Alg-GO donde más indicios de diferenciación ósea se ha visto. Por ello, se podría concluir que las biotintas a base de NC-Alg desarrolladas en esta tesis podrían ser un enfoque terapéutico eficaz en la regeneración de tejidos como el cartílago y el hueso.