T06. Adhesión celular a biomateriales Flashcards
Ingeniería de tejidos (o medicina regenerativa) DEFINICIÓN
Es la disciplina que se encarga de diseñar materiales biocompatibles para su implantación y sustitución de tejidos y/u órganos
¿Qué 3 elementos combina la ingeniería de tejidos?
Combina 3 elementos: células, materiales y moléculas de señalización
Por tanto entender de cada uno de estos elementos en profundidad, ayuda a tener éxito en la regeneración de un tejido
Existen 3 tipos de biomateriales principales:
polímeros, cerámicos y metales
Biomateriales (general)
• Los biomateriales hacen de soporte para las células comportándose como una matriz extracelular artificial e indirectamente, envía señales a las células
• La base para crear materiales con potencial regenerativo es entender los mecanismos celulares involucrados en la interacción de las células con la superficie de los materiales.
• Las células son controladas a través de factores solubles, interacciones célula-célula y adhesión celular a la MEC
En la bioingeniería, existen dos maneras de modular la interacción de célula-material (materiales):
- Biomateriales no adhesivos: biomateriales que no permiten la adhesión celular ni la adsorción de proteínas (previenen la activación del sistema inmune, trombosis, coagulación…)
- Biomateriales adhesivos: biomateriales que promueven la adhesión, migración, proliferación, diferenciación, viabilidad y funcionalidad celular (deposición de matriz extracelular o contracción)…
Para que exista una respuesta celular…
lo primero que ha de suceder es una adhesión entre la superficie del material y la célula.
2 tipos mecanismos moleculares para la adhesión se dan:
• Adhesión directa no mediada a través de receptores
• Adhesión mediada a través de receptores
Adhesión directa no mediada a través de receptores (6)
• Es la primera interacción que ocurre entre el material y la célula. Fase I
• Interacciones inespecíficas, con uniones químicas débiles (puentes de hidrógeno, fuerza electrostática, interacciones polares o iónicas).
• No existe matriz extracelular por lo general en este tipo de interacciones
• Estas interacciones no pueden asegurar las señales de supervivencia enviadas por la matriz extracelular a las células
• Será importante en aquellas células que sean dependientes de adhesión (p.ej. células epiteliales)
• Si no son capaces de depositar su propia MEC en menos de 24-48 horas o no encuentran moléculas de adhesión, entran en proceso de apoptosis
Adhesión mediada a través de receptores (4)
• Se hace a través de moléculas de adhesión (fibronectina, vitronectina, colágeno o laminina) a las integrinas. Estas moléculas están absorbidas en la superficie de los materiales
• Las células dependientes de adhesión, cómo mínimo tendrán que reconocer 3 aminoácidos, la secuencia RGD
• Se producirá la primera adhesión a través de una integrina para más tarde continuar con el reclutamiento de integrinas (clustering)
• A un material no adhesivo se le pueden añadir estas moléculas de adhesión, haciendo un “coating” o cubrimiento o bien conjugando únicamente la secuencia RGD. Biofuncionalización
Características físicas del material (6)
• Topografía
• Hidrofobicidad/Hidrofilicidad (Wettability)
• Carga eléctrica de la superficie
• Porosidad
• Propiedades mecánicas (rigidez, stiffness)
• Bioactividad
Topografía o rugosidad
• La topografía controla la morfología y la alineación celular
• Se pueden controlar los puntos de adhesión creando patrones
Porosidad
• Relacionado con la topografía
• Superficies porosas, favorecen la adhesión y el estiramiento de las células
• Tamaño del poro: macroporosidad, microporosidad, nanoporosidad
• Grado de porosidad (alta o baja)
Hidrofobicidad / Hidrofilicidad
• Ángulo de contacto permite ver la capacidad de un líquido de extenderse sobre un material. Esto es la humectabilidad (wettability) de un material y depende de las interacciones intermoleculares de ambos
• Ángulo de contacto pequeño: hidrofílico, gota extendida – favorece adhesión
• Ángulo de contacto grande: hidrofóbico, gota redonda – dificultad para adherirse
Propiedades mecánicas (stiffness)
• La elasticidad de los materiales modula la morfología de las células mediante la fuerza de tensión que se genera entre la célula-material (compensación)
• Mecanotransducción
• Este cambio de morfología puede activar rutas de diferenciación, simplemente cambiando el grado de elasticidad
Carga eléctrica
• La carga eléctrica de la superficie de las células es negativa, por tanto favoreceré una adhesión por fuerzas electrostáticas teniendo un material con carga positiva en su superficie
• Fuerzas de repulsión (-/-); Fuerzas de atracción (+/-)
