Nano-engineering polymer topographies for biological response manipulation of stem cells and bacteria
- Autores: Felipe Viela Bovio
- Directores de la Tesis: Isabel Rodríguez Fernández (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2017
- Idioma: inglés
- Número de páginas: 153
- Tribunal Calificador de la Tesis: Juan Rodriguez Hernandez (presid.), Borja Ibarra Urruela (secret.), María Eugenia Rabanal Jiménez (voc.)
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
- Resumen
La influencia del entorno físico de una célula o bacteria en su respuesta biológica se ha convertido en uno de los campos de investigación con mayor interés por su potencial aplicación en diferentes campos de la medicina regenerativa. El estudio de la influencia de la superficie en la respuesta celular requiere un preciso control y manipulación del entorno extracelular.
El desarrollo de nuevas técnicas de nanofabricación ha proporcionado nuevas herramientas con las que controlar y estandarizar de forma precisa el entorno celular, permitiendo el estudio cuantitativo de la influencia de los parámetros físicos de la matriz extracelular, como por ejemplo la topografía, en las funciones celulares.
En esta tesis, con el objetivo de estudiar la influencia topográfica en la respuesta celular y bacteriana, utilizamos la técnica de nanoimpresión. Ésta técnica nos permite fabricar superficies poliméricas micro y nanoestructuradas a bajo coste, para el estudio sistemático de la influencia de diferentes parámetros topográficos en la respuesta celular. Además, esta técnica de nanoimpresión se ha utilizado para desarrollar un nuevo proceso de fabricación de nanocompuestos nanoestructurados.
Esta tesis está organizada en 3 capítulos principales. El capítulo 3, en el que se presenta un estudio comparativo de la respuesta celular de células madre neuronales cultivadas sobre micro y nanopilares poliméricos de alta relación de aspecto. En este trabajo se ha estudiado la influencia de estas dos topografías en la capacidad proliferación y adhesión así como la morfología y migración celular. Además, se ha utilizado una nueva técnica combinada de microscopía electrónica de barrido y litografía de haz de iones focalizados para cuantificar las fuerzas de tracción que ejercen las fuerzas sobre los pilares durante su migración. Los resultados obtenidos demuestran una clara influencia de la topografía en las funciones celulares. Las células cultivadas sobre nanopilares demuestran una ligera disminución de su capacidad proliferativa y una reducción en el área celular proyectada. Sin embargo, tal y como se observa en células cultivadas en una superficie plana la migración sigue siendo aleatoria y rápida.
En el caso de las células cultivadas sobre micropilares, la capacidad proliferativa también se ve disminuida, y la morfología celular esta significativamente afectada, observándose células con una morfología circular y una área proyectada muy reducida así como una significativa deformación del núcleo. En este caso la migración celular está afectada de forma significativa, observándose una migración lenta pero con una alta direccionalidad. La cuantificación de las fuerzas de tracción revela un aumento proporcional de éstas con la rigidez de los pilares. Observándose mayores fuerzas de tracción en las células cultivadas sobre micropilares que sobre nanopilares. En este trabajo se demuestra la aplicabilidad de las topografías poliméricas de alta relación de aspecto para controlar la respuesta celular mediante las propiedades mecánicas de la superficie.
En el capítulo 4, se presenta la fabricación de una topografía polimérica inspirada en el ojo de la polilla y la caracterización de sus propiedades bactericidas. Los resultados obtenidos demuestran que esta topografía es capaz de reducir la proliferación bacteriana en un 50% tanto de cepas Gram positivas como de Gram negativas, mediante la ruptura de la pared bacteriana cuando las bacterias se adhieren a esta superficie. Paralelamente, se ha estudiado la proliferación de queratinocitos y la influencia en su morfología. Los resultados demuestran la idoneidad de esta superficie para el crecimiento de queratinocitos. En este capítulo, demostramos la potencial aplicabilidad de superficies poliméricas inspiradas en el ojo de la polilla para su uso en la fabricación de materiales para aplicación biomédica, como por ejemplo implantes médicos.
En el capítulo 5, se presentan dos nuevos nanocompuestos nanoestructurados con alto poder bactericida. Continuando con los resultados del capítulo 4, para mejorar las propiedades bactericidas de las superficies poliméricas inspiradas en el ojo de la polilla, utilizamos un nuevo proceso de fabricación de nanocompuestos basado en la técnica de nanoimpresión, para incluir nanopartículas antibacterianas de TiO2 y ZnO dentro de las nanoestructuras. Los resultados obtenidos demuestran que la inclusión de nanopartículas en la superficie funcional polimérica aumentan el potencial bactericida alcanzando valores del 90%, debido a la acción sinérgica de la acción bactericida de la topografía y el estrés oxidativo derivado de la presencia de nanopartículas. Sin embargo, los resultados demuestran que estas superficies mantienen su biocompatibilidad. Estos nanocompuestos nanoestructurados con alto poder bactericida aparecen como nuevos materiales para aplicaciones biomédicas y también para aplicaciones en el campo de la construcción o envasado.
