Síntesis y caracterización de superficies poliméricas ricas en aminas primarias para el cultivo de células, mediante radiación gamma

• Autores: Mitzi P. Pérez Calixto
• Directores de la Tesis: Sofía Guillermina Burillo Amezcua (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Nacional Autónoma de México ( México ) en 2020
• Idioma: español
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: ru.dgb.unam.mx
• Resumen
  • español

    El funcionamiento de un biomaterial depende en gran medida de varios agentes que determinan su interacción adecuada con el entorno biológico. Factores como la rigidez del sustrato, la topografía y la química de la superficie, influyen en el comportamiento celular. Aunque se ha avanzado mucho en la comprensión de cómo las propiedades de los biomateriales afectan el comportamiento celular, la información disponible sobre las señalizaciones biofisica y bioquimica que un biomaterial puede ejercer sobre las células del sistema imnune, específicamente en los macrófagos, es poco conocida.

    Algunas investigaciones afirman que cambiar la química de la superficie puede mejorar la adhesión celular.

    El objetivo de este trabajo fue la modificación superficial de películas de polipropileno (PP) con grupos amino primarios para promover la adhesión celular, así como el estudio de la influencia de aminas primarias sobre la polarización de macrófagos. Los macrófagos juegan un papel muy importante en el proceso de sanación y se polarizan en dos fenotipos: proinflamatorios (M1) y antiinflamatorios (M2). La prevalencia de uno sobre otro depende de varios factores microambientales.

    Actualmente, la modificación superficial puede llevarse a cabo mediante métodos físicos o químicos, estos últimos presentan algunas desventajas debido a la presencia de aditivos o subproductos en el sistema. Para superar este problema, se usó radiación gamumna para injertar cloruro de acriloilo sobre películas de PP por medio del método directo, formando un cloruro de acilo, como primer paso. Posteriormente, las peliculas injertadas con AC se hicieron reaccionar con etilendiamina en varios disolventes y así obtener películas con 12, 17 y 49% de aminas primarias (NH2) respecto al nitrógeno total. La concentración de aminas en la superficie se determinó por una reaccion de derivatizacion con 4-trifluorometil benzaldehido (TFBA) y se caracterizó por XPS (relaciones N/C). La caracterización de las películas se llevó a cabo mediante analisis elemental, FTIR-ATR, SEM, AFM y el cambio de hidrofobicidad se midió mediante ángulo de contacto, del cual; se encontró que las películas con 6 % de nitrógeno presentaron el ángulo más bajo (57.2). La estabilidad de las aminas se midió hasta 90 días, sin encontrar "envejecimiento" de los grupos funcionales, como se encontró por la modificación de la técnica de plasma.

    Las películas funcionalizadas con grupos aminos en la superficie presentaron su módulo de Young más alto, aunado a esto, los ensayos biológicos mostraron mayor adsorción de albúmina sérica (BSA) que fibrinógeno (FB).

    Para los ensayos de adhesión celular se usaron células fibroblastos Balb/3T3 y macrófagos humanos THP-1. Los macrófagos mostraron una mejora en la adhesión en películas funcionalizadas después de 2 h de cultivo. La polarización de los macrófagos se controló mediante la secreción de citocinas (IL-6, IL-10, IL-12, IL-1ß, INF-Y, TNF-a y metaloproteinasa-8) para marcadores M1 y M2. Los niveles de citocinas relacionados con la fase inflamatoria aguda, especialmente TNF-a, fueron mas bajos en las películas aminadas, aunque la producción de marcadores antiinflamatorios (IL-10) no fue diferente a estos. En general, la funcionalización con grupos aminos disminuyó la secreción de citocinas proinflamatorias, lo cual puede ser útiles para el diseño correcto de materiales de curación en heridas

  • English

    The performance of a biomaterial is strongly dependent on several factors that determine their proper interaction with the biological enviromment. Substrate stiffness, topography and surface chemistry among others influence cell behavior.

    Although much progress has been made in understanding how the properties of implantable biomaterials affect cells, the information available on the biophysical and biochemical signaling that a biomaterial may exert on cells of the immune system, specifically in macrophages, is less known. Some researches claimed to change surface chemistry can improve cell adhesion.

    The aim of this work was modified surface of polypropylene (PP) films with primary amino groups for cell adhesion as well as the study of influence of amines over macrophage polarization. Macrophages play a very important role in the healing process and they polarize into pro-inflammatory (M1) and anti-inflammatory (M2) phenotypes; the prevalence of one type over another depends on several microenvironmental ital factors.

    Currently, the superficial modification can be carried out by physical or chemical methods which present several disadvantages due to the presence of additives or sub products in the system. To overcome this problem, gamma radiation was applied to graft acryloyl chloride onto PP films by direct method, forming an acyl chloride as a first step. Subsequently, the radiation-grafted films were reacted with ethylenediamine in several solvents to obtain films with 12, 17 and 49 % of primary amines (NH2) respect to total nitrogen. The surface amine concentration was determined by a derivatization reaction with 4-trifluoromethyl benzaldehyde (TFBA) and characterized by XPS (N/C ratios). Films characterization was carried-out by means of FTIR-ATR, SEM, AFM, elementary analysis and the change of hydrophobicity was measured by means of contact angle which films with 6% of nitrogen presented the lowest angle (57.2°). The stability of the amines was measured up to 90 days, without the occurrence of aging as was found by plasma modification.

    Amino-functionalized films presented higher Young's Modulus, besides in biological test, they adsorbed more serum albumin (BSA) than fibrinogen (FB).

    For cell adhesion assay Balb/3T3 fibroblast cells and THP-1 human macrophages were used. Macrophages showed enhanced adhesion on functionalized films after 2 h of culture. Macrophages polarization was monitored by means of cytokines secretion (IL-6, IL-10, IL-12, IL-1, INF-Y, TNF-a and metalloproteinase-8) for both M1 and M2 markers. Cytokine levels related to acute inflammatory phase, especially TNF- a, were lower on amino-functionalized films, although the production of anti- inflammatory markers (IL-10) was not different. Overall, amino-functionalization attenuates the secretion of pro-inflammatory cytokines, which may be useful for the correct design of wound healing materials.