Caracterización computacional de la fuerza ejercida sobre un sustrato de hidrogel optimizado para manufactura aditiva de scaffolds.

Abstract

Caracterización computacional de la fuerza ejercida sobre un sustrato de hidrogel optimizado para manufactura aditiva de scaffolds Muchos de los procesos o fenómenos que se estudian con células provienen de estudios donde se realizan cultivos en pozos con superficies rígidas y en monocapa. Si bien se puede extraer información importante de estos estudios, este ambiente de cultivo no es semejante al que encuentran las células in vivo. Por eso, es necesario desarrollar nuevos ambientes mas significativos fisiológicamente. En el presente trabajo se presenta una metodología para desarrollar un material de hidrogel de alginato con partículas cerámicas suspendidas en su volumen, con la potencialidad de soportar cultivos en 3D, y formar scaffolds con estructuras definidas matemáticamente a partir de superficies minimales triplemente periódicas. Con este material, que presenta propiedades elásticas y que muestra poder ser procesado por manufactura aditiva para obtener su forma final, se implementa la técnica de microscopía de fuerza de tracción, una técnica que permite ver las fuerzas ejercidas sobre el material aprovechando su elasticidad. Esta técnica, que es de caracter computacional, se implementa a través de la microscopía holográfica, con reconstrucciones de intensidad. De esta manera, se desarrolla un material que puede ser impreso en 3D, obtener scaffolds con estructuras complejas, y además recuperar mapas de distribución de fuerza ejercida sobre este a través de la microscopía de fuerza de tracción, usando la holografía digital sin lentes como método de captura de la información. (texto tomado de la fuente)

Computational characterization of traction forces exerted over an alginate substrate optimized for additive manufacturing of scaffolds The general knowledge of many cell-based processes comes from experimentation on flat surfaces, mainly in culture wells made of either a polymer or glass. These are 2D, stiff and non-physiological environments, which are simple for experimentation, yet do not replicate all the conditions a cell experiences in vivo. In this work a methodology to develop a alginate hydrogel based material with ceramic particles suspension is presented. This material has the potential to act as a scaffold with a complex architecture processed via additive manufacturing, and is shown in the shape of a triply periodic minimal surface based structure. The formed hydrogel shows elastic properties suitable to implement traction force microscopy TFM, a computational technique to compute force fields exerted on the substrate. This is achieved using digital lensless holographic microscopy, a holographic technique that vastly reduces costs. The ceramic particles in the hydrogel are used as fiducial markers to calculate displacement in TFM. A material is developed based on alginate hydrogel, capable of complex architecture via additive manufacturing, suitable for 3D cell culturing. This material can also be used to measure forces exerted on it via traction force microscopy with help from holographic microscopy, using the embedded ceramic particles as fiducial markers. This way, a complex, more physiological environment can be achieved, and the means to recover some information are already proven to work on the material.