Título

ARTICULO DE REVISIÓN

REVISTA DE LA FACULTAD DE MEDICINA HUMANA 2020 - Universidad Ricardo Palma
DOI 10.25176/RFMH.v20i4.3004

ELECTROSPINNING: AVANCES Y APLICACIONES EN EL CAMPO DE LA BIOMEDICINA

ELECTROSPINNING: ADVANCES AND APPLICATIONS IN THE FIELD OF BIOMEDICINE

H. Mauricio Gonzales Molfino1, Alexander Alcalde-Yañez2, Valery Valverde-Morón2, Dulce Villanueva-Salvatierra2

1Laboratorio de Biotecnología Animal
2Facultad de Ciencias Biológicas, Universidad Ricardo Palma, Lima-Perú.

RESUMEN

El electrospinning (hilado electrostático de fibras) es un método moderno y eficiente que utiliza el campo eléctrico para la producción de fibras finas que nos permite la fabricación de estructuras porosas y versátiles denominadas scaffolds organizadas por unidades de nanofibras. Se realizó un estudio descriptivo revisando las bases de datos como: MeSH, NCBI, Nature, NIH, PloSONE, ReseachGate, de los que seleccionamos un total de 28 artículos. Este trabajo explica una revisión del proceso de electrohilado, de sus productos y aplicaciones como la inoculación de fármacos de tratamiento o de profilaxis, regeneración tisular; determinando la importancia del conocimiento en conjunto de todos los factores asociados en bioingeniería de tejidos. El desarrollo de la investigación de la tecnología de electrospinning ha demostrado ser de sumo interés en la biomedicina. Para impulsar la ingeniería biomédica en Perú se debe apoyar y promover este tipo de avances, que buscan brindar un beneficio a la salud de la población.

Palabras clave: Electrospinning, Scaffolds, Nanofibra, Tissue Engineering(fuente: DeCS BIREME).

ABSTRACT

Electrospinning (electrostatic fiber spinning) is a modern and efficient method that uses the electric field for the production of fine fibers that allows us to manufacture porous and versatile structures called scaffolds organized by nanofiber units. A descriptive study was conducted by reviewing the databases of MeSH, NCBI, Nature, NIH, PloSONE Elsevier, from which we selected a total of 28 articles. This work explains a review of the process of electrolyzing, its products and applications such as the inoculation of treatment or prophylaxis drugs, tissue regeneration; determining the importance of the joint knowledge of all the factors associated with tissue bioengineering. The research development of electrospinning technology has shown to be of great interest in biomedicine. In order to promote biomedical engineering in Peru, this type of advances should be supported and promoted, which seek to provide a benefit to the health of the population.

Key words: Electrospinning, Scaffolds, Nanofiber, Tissue Engineering (Source: MeSH NLM).

INTRODUCCIÓN

El campo de la biotecnología, tiene diferentes metodologías aplicadas a la regeneración, proliferación y cultivo celular. Actualmente, se busca utilizar nuevas tecnologías y complementarlas con características que permitan su aplicación en el área de medicina y salud humana.

La técnica de electrospinning combina la biología y la tecnología de impresión para la creación de nanofibra en “scaffolds” que proporcionen un soporte semejante a la proteína fibrosa de la Matriz extracelular. Para la creación de nanofibra se utilizan solventes orgánicos y ácidos que por su interacción molecular permiten la formación de una estructura nanofibrosa definida; sin embargo, la utilización de estos productos desnaturaliza proteínas, factores de crecimiento(1) y pueden alterar e inhibir la producción de otros componentes intrínsecos de las células para su desarrollo.

Los polímeros naturales brindan propiedades que se mimetizan con las funciones biológicas como la señalización celular, pero no tienen control sobre sus características estructurales, como el diámetro de la fibra. Por otro lado, los polímeros sintéticos permiten el control de la estructura, no obstante, la capacidad de señalización disminuye(2). El colágeno de animales ha sido ampliamente estudiado como un biomaterial para la producción de nanofibra; sin embargo, otros materiales como el alginato o sábila no han sido estudiados a fondo, a pesar de que estos materiales pueden ser de mayor utilidad, ya que son menos tóxicos para las células insertadas en los scaffolds, en comparación con los materiales sintéticos. El producto debe tener las características necesarias para que la proliferación y estructuración celular se acople correctamente a las nanofibras y culminen en la formación de un tejido apto para su implantación(1).

El PVA es un polímero semicristalino, altamente hidrófilo, no tóxico y biocompatible, con propiedades de resistencia, solubilidad en agua, permeabilidad a gases y características térmicas. El grado de hidrólisis tiene un efecto directo sobre la resistencia de la nanofibra, ya que el PVA es un elemento muy higroscópico al contener una mayor cantidad de agua o de humedad causa una reducción en su capacidad mecánica(3).

Factores como el voltaje, tensión superficial, conductividad eléctrica, peso molecular del polímero y volatilidad del solvente intervienen en la morfología y estructuración de las nanofibras.

En esta revisión analizaremos la utilización de la tecnología de Electrospinning y los parámetros que influyen en la elaboración de nanofibra, los diferentes biomateriales y las aplicaciones en nanofármacos y producción de “scaffolds”.

TÉCNICA DE ELECTROSPINNING

Permite la producción de fibras poliméricas con diámetros variables entre 3 nm y 5 μm como mínimo(4). Consta de un mecanismo eléctrico que puede ser manejado por diferentes variables, según la clasificación de Doshi y Reneker, estas se dividen en: solución, propiedades, variables controladas y parámetros ambientales.

La técnica de electrospinning. El ensamblaje del montaje consta de tres componentes principales: una fuente de alto voltaje que posee dos electrodos los cuales son conectados a la salida de la aguja metálica y otro directo al plato colector, una aguja metálica y un plato colector (lámina de metal conductor). Para impulsar la solución del polímero a través del capilar hacia la placa colectora, se utiliza una bomba de infusión. La tensión superficial de la gota que se forma en el extremo de la aguja es vencida por la fuerza del campo eléctrico, la gota se distorsiona formando el cono de Taylor, esta distorsión provoca la expulsión del polímero cargado eléctricamente en dirección al colector formando hilos delgados, si, el colector es rotatorio es posible la preparación de fibras poliméricas alineadas(5).

Figura N° 1 Ensamblaje de la técnica de Electrospinning(6)



El control de los diferentes parámetros proporciona características únicas a la fibra obtenida por electrospinning por lo que el proceso de ejecución es muy importante. Cabe resaltar, que para cada polímero y disolvente utilizado será diferente sus parámetros de disolución.

Parámetro de solución

Concentración de la solución polimérica: El tamaño y morfología de la fibra está directamente relacionado con la concentración de polímeros, influenciando la viscosidad relacionados con el enredo de las cadenas poliméricas, a menor enredo menor viscosidad. Si la concentración está muy diluida las fibras se rompen antes de llegar al plato colector debido a la tensión superficial, por el caso contrario si está muy concentrada no se podrá formar la fibra por su alta viscosidad, impedimento para el paso de solución a través del capilar.

La conductividad de disolución: Cuando se adiciona sales a la solución se incrementa la conductividad y por ende la fuerza eléctrica para el estiramiento de la fibra, esto influye directamente en el diámetro de la fibra.

Efecto dieléctrico del disolvente: El disolvente cumple dos funciones importantes en el proceso de electrospinning, uno es disolver las moléculas del polímero para formar el chorro con una carga eléctrica, el segundo es llevar estas mismas moléculas de polímero disueltas hasta el tubo colector.

Parámetros de procesamiento

Voltaje: Principal parámetro, ya que únicamente un voltaje que supere el umbral podrá generar el cono de Taylor que será expulsado hacia el tubo colector. Este voltaje alto brindará un mayor estiramiento, promoviendo la reducción del diámetro de la nanofibra.

Flujo de salida: Cuando el flujo de salida es de mayor diámetro incrementa el tamaño de la fibra, produciendo defectos en ella. Por el contrario, un mínimo valor de diámetro del flujo de salida ayudaría a mantener el cono de Taylor estable dando tiempo necesario para la evaporación del solvente antes de llegar al tubo colector.

Distancia entre la punta de la aguja y el plato colector: La variación de la distancia entre aguja-colector puede o no tener efecto en el grosor y forma de la fibra, ocasionando apariciones de beads, grumos o fibras húmedas. Una distancia pequeña evitará que el solvente se evapore y el polímero salga en forma de hilo. Al trabajar con una distancia mucho mayor la fibra podría quebrarse debido a su propio peso.

Es importante un método de optimización con los parámetros más relevantes como la distancia aguja-colector, flujo de salida, voltaje y concentración de la solución(6).





CONCLUSION

Los polímeros naturales y sintéticos se usan en combinación para manipular y aprovechar las propiedades de los materiales como estabilidad térmica, resistencia mecánica y propiedades de barrera, dependiendo de la aplicación específica.

El diámetro de la fibra obtenida por electrospinning depende de los parámetros de solución, siendo las más importantes: la concentración, viscosidad, conductividad de la solución del polímero y los efectos dieléctricos del solvente, a esto agregamos las variables del proceso, intensidad del campo eléctrico, voltaje, el flujo de salida y distancia de trabajo entre punta de la aguja y el tubo colector; estos parámetros determinan la obtención de nanofibra específica y deseada, o por el contrario, con beats, grumos o fibras húmedas, que no son requeridas ni viables en el diseño de nanoestructuras.

Es así que en la literatura encontramos que la matriz extracelular natural impulsa gran cantidad de señales que generan la diferenciación celular, proliferación, adhesión y migración. La producción de nanofibra en scaffolds por ingeniería de tejidos considera muchos parámetros que afectan la respuesta celular en el desarrollo de esta técnica. Un grosor mayor o menor de las fibras conduce a las células a una diferenciación ya sea a un alargamiento de estas, o un mayor o menor desplazamiento, las fibras largas o cortas implican una mayor o menor velocidad de desplazamiento celular, así mismo, la densidad y la porosidad de la estructura, conduce a una mayor o menor proliferación celular.

El uso de las nanofibras es una técnica innovadora que permite la creación de estructuras Scaffolds con propiedades y características únicas resaltando su porosidad, lo que lo hace importante para la producción de nuevas aplicaciones en el área de la biomedicina, textil y de alimentos. La creación de estos avances tecnológicos permite incrementar la producción usando una variedad de biomateriales reduciendo los costos.

Contribuciones de autoría: Los autores participaron en la génesis de la idea, el diseño, la recolección de la información, el análisis de los resultados y la preparación del manuscrito
Financiamiento: Autofinanciado.
Conflicto de interés: Los autores declaran no tener conflictos de interés en la publicación de este artículo.
Recibido: 16 de agosto 2020
Aprobado: 30 de agosto 2020


Correspondencia: Mauricio Gonzales Molfin
Dirección: Av. Benavides 5440 Surco, Lima 033 - Perú.
Teléfono: 997705151
Correo: hugo.gonzales@urp.edu.pe


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