Morfología de hidrogeles IPN sensibles a la temperatura y al pH para su aplicación como biomaterial para el crecimiento celular

Morphology of Temperature-sensitive and pH-responsive IPN-hydrogels for Application as Biomaterial for Cell Growth

En la presente investigación, se obtuvieron hidrogeles con propiedades sensibles al pH y a la temperatura mediante la formación de una red de alginato-Ca dentro de la red de PNIPAAm, dando lugar a un sistema de red interpenetrada (IPN). A partir de imágenes de microscopía electrónica de barrido (SEM) y ensayos de absorción de agua (WU) se observó que los hidrogeles IPN mostraban una drástica contracción cuando se calentaban por encima de 30-35 °C. La contracción se tradujo en una disminución del tamaño medio de los poros, lo que afectó significativamente a la morfología del hidrogel. En el intervalo de pH estudiado, los hidrogeles IPN mostraron una dependencia significativa del pH, que se atribuyó a los grupos de alginato cargados. Los resultados indicaron que la sensibilidad al pH y la dependencia de la temperatura del alginato y el PNIPAAm, respectivamente, se conservaron en los hidrogeles IPN. Además, dichos hidrogeles se vuelven menos deformables cuando se someten a una tensión de compresión. Estos hidrogeles presentan una morfología porosa que puede ajustarse controlando la temperatura, lo que los hace atractivos para aplicaciones como biomateriales en el crecimiento celular.

INTRODUCCIÓN

Los hidrogeles de alginato se obtienen a partir del ácido algínico, que se encuentra en las paredes celulares de las algas pardas. El ácido algínico es un polímero lineal de masa molar elevada con secciones rígidas y regiones flexibles. Está formado por monómeros de ácido β-D-manurónico (M) y ácido α-L-glucurónico (G), ambos unidos linealmente por interacciones glicosídicas α(1-4). Este compuesto tiene afinidad por varios cationes metálicos como Ca2+, K+ y Na+. Cuando se asocia con iones Na, se denomina alginato de sodio (alginato-Na), que es muy soluble en soluciones acuosas. La interacción entre los grupos carboxilato del ácido algínico y cationes divalentes como el calcio (Ca2+) induce la formación de geles en soluciones acuosas. En este caso, la red polimérica se identifica como alginato cálcico (alginato-Ca). El hidrogel de alginato-Ca se utiliza para aplicaciones endovasculares, trasplante celular, inmovilización de enzimas, entre otras. El gran interés de muchos investigadores biomédicos por los hidrogeles de alginato-Ca se debe a su probada biocompatibilidad, hidrofilia y bajo coste.

Otro polímero potencialmente viable para biomateriales es el PNIPAAm. Este polímero se ha estudiado mucho porque es insoluble en agua cuando se calienta. Esta insolubilidad es el resultado de un diagrama de fases de tipo LCST. En agua, la transición de fase del PNIPAAm se produce a temperaturas entre 30-35 °C. Sin embargo, los hidrogeles basados en este polímero son mecánicamente pobres cuando se hinchan. Una alternativa para minimizar este problema es la combinación de PNIPAAm y alginato-Ca en el mismo hidrogel. Con este fin, se utiliza el método de síntesis basado en una red polimérica interpenetrada (IPN). Este método consiste en interpenetrar dos redes poliméricas para formar una estructura final mecánicamente estable.