Andamios para cultivo de células productoras de insulina.

Abstract

La diabetes se ha convertido en un problema a nivel mundial, no solo por su mortalidad, incidencia y prevalencia. sino por las complicaciones de salud, que recaen sobre las personas que la padecen, afectando su calidad de vida, empeorando su condición y aumentando los riesgos de discapacidad. Actualmente existen 463 millones de diabéticos adultos en el mundo y 1,1 millones de niños y adolescentes menores de 20 años. Se espera que la cifra de adultos diabéticos aumente a 700 millones para 2045 (International Diabetes Federation (FID), 2019). Se han identificado varios tipos de diabetes, siendo las más comunes y prevalentes la diabetes mellitus tipo 1 y tipo 2. En estas se ven afectadas las células β disminuyendo la masa celular en un 70-100 % en la primera y de un 10-64 % en la segunda. En la actualidad se han utilizado varios materiales de origen naturales o sintéticos para elaboración de andamios con el fin de aumentar la replicación de estas células preexistentes o mejorar su función in vivo e in vitro (Saik-kia K. Goh et al., 2013). Sin embargo, la mayoría de estos andamios no imitan la complejidad de la composición y estructura de la MEC pancreática, no favorecen las adhesiones focales y las interacciones célula-célula o célula -material. Por lo cual aún sigue siendo un problema complejo mantener estas células en cultivo debido a sus complejos mecanismos de regulación, su dependencia de oxígeno, la arquitectura de su entorno nativo, el trasporte de nutrientes y la baja tasa de proliferación in vivo e in vitro (Cheng et al., 2011). Se prepararon andamios en diferentes proporciones en peso de quitosano (Q), gelatina (Ge) y alcohol polivinílico (PVA) mediante ciclos de congelación-descongelación y liofilización, para su uso en el cultivo de células β. Una vez obtenida los andamios se implementaron técnicas de caracterización como FTIR, SEM, porosidad, degradación y velocidad de hinchamiento. La resistencia a la compresión de los andamios de mezclas ternarias (Q/Ge/PVA) mejoró en comparación con los andamios de mezcla binaria (Ge / PVA); se observó un aumento en el módulo de Young y en la resistencia a la compresión con el aumento de la proporción en peso de la gelatina. La resistencia a la compresión más alta alcanzó los 101,6 Pa. Todas las muestras tuvieron una buena estructura de red tridimensional. El porcentaje de porosidad de las mezclas ternarias fue superior al 80 %, mientras que en los controles la porosidad varió entre 55,6 ± 9,6 – 90,6 ± 1,5 %. Las microestructuras están interconectadas con micro y macroporos que se distribuyen uniformemente en la superficie y la distribución del tamaño de diámetros de poros en las mezclas ternarias fue (0,6 - 265 μm) y en los controles (0,8 -248 μm). Se presentaron diferencias significativas (p<0,05) en las mezclas ternarias comparadas con los controles en cuanto a la distribución de diámetros de poros. Los andamios de mezclas ternarias presentaron tasas controlables de pérdida de masa en comparación con los andamios de mezclas binarias. La capacidad de hinchamiento de las muestras aumentó con el aumento de la proporción en peso de quitosano. Los andamios de quitosano, gelatina, PVA mostraron una leve citotoxicidad para las células BRIN-BD11. Por lo tanto, estos andamios muestran un potencial prometedor para mejorar la viabilidad de las células β in vitro

ABSTRACT: Diabetes has become a worldwide problem, not only because of its mortality, incidence and prevalence. but because of health complications, which fall on the people who suffer from it, affecting their quality of life, worsening their condition and increasing the risks of disability. There are currently 463 million adult diabetics in the world and 1,1 million children and adolescents under 20 years of age. The number of adults with diabetes is expected to increase to 700 million by 2045 (International Diabetes Federation (FID), 2019). Several types of diabetes have been identified, the most common and prevalent being type 1 and type 2 diabetes mellitus. In these, the β cells are affected, decreasing cell mass by 70-100% in the former and 10-64%. % in the second. At present, several materials of natural or synthetic origin have been used to make scaffolds in order to increase the replication of these pre-existing cells or improve their function in vivo and in vitro (Saik-kia K. Goh et al., 2013). However, most of these scaffolds do not mimic the complexity of the composition and structure of the pancreatic ECM, they do not favor focal adhesions and cell-cell or cellmaterial interactions. For this reason, it is still a complex problem to keep these cells in culture due to their complex regulatory mechanisms, their dependence on oxygen, the architecture of their native environment, the transport of nutrients and the low rate of proliferation in vivo and in vitro (Cheng et al., 2011). Scaffolds in different weight ratio of chitosan (Q), gelatin (Ge) and polyvinyl alcohol (PVA) were prepared by freeze-thawing cycles and freeze-drying, for use in the culture of β cells. Once the scaffolds were obtained, characterization techniques such as FTIR, SEM, porosity, degradation and swelling rate were implemented. The compressive strength of ternary blends scaffolds (Q/Ge/PVA) improved compared to binary blends scaffolds (Ge/PVA); an increase in Young's modulus and compressive strength was observed with increasing weight ratio gelatin. The highest compressive strength reached 101.6 Pa. All samples had a good three-dimensional network structure. The porosity percentage of the ternary blends was higher than 80%, while in the controls the porosity varied between 55.6 ± 9.6 - 90.6 ± 1.5%. The microstructures are interconnected with micro and macropores that are uniformly distributed on the surface and the pore diameter size distribution in the ternary blends was 0.6-265 μm and in the controls 0.8-248 μm. There were significant differences (p <0.05) in the ternary blends compared with the controls regarding the distribution of pore diameters. Ternary blends scaffolds had controllable rates of degradation compared to binary blend scaffolds. The swelling capacity of the samples increased with increasing chitosan weight ratio. Chitosan, gelatin, PVA scaffolds showed mild cytotoxicity to BRIN-BD11 cells. Therefore, these scaffolds show promising potential to improve the viability of β cells in vitro.