Los Hidrogeles de colágeno
actúan como una estructura tridimensional biológicamente compatible, similar a la del tejido nativo, lo que facilita el desarrollo de tejido de ingeniería. El colágeno, el componente principal de estos geles, es una proteína de matriz extracelular que se encuentra en el tejido conectivo. Y se utiliza para fabricar hidrogeles que, son redes de polímeros 3D compuestas principalmente de agua. Este video presentará el papel fisiológico del colágeno, un procedimiento para el aislamiento y procesamiento del colágeno de la piel porcina, la fabricación de hidrogeles a partir de la proteína purificada y, finalmente, algunas aplicaciones para el uso de estos hidrogeles de colágeno.
Dentro de la matriz extracelular de los tejidos conectivos hay células específicas responsables de la mayoría de la fabricación de colágeno llamadas Fibroblastos. Estas células sintetizan cadenas largas y rígidas de polipéptidos. Que, se ensamblan en polímeros individuales ordenados de triple hélice llamados Moléculas de colágeno. Las moléculas de colágeno se agrupan en fibrillas más gruesas y grandes. Que, luego, se agrupan aún más en fibras más grandes para proporcionar integridad estructural a la matriz extracelular para las diversas cargas mecánicas que puede experimentar. Se producen diferentes configuraciones de colágeno de acuerdo con las necesidades mecánicas de tejidos específicos. El tejido óseo, por ejemplo, utiliza una red intensa de fibras altamente compacta para soportar cargas mecánicas. Sin embargo, otros tejidos, como la pared intestinal, utilizan una estructura más dispersa. Una vez extraído del tejido conectivo, el polímero de colágeno se puede utilizar para crear diversos materiales. Debido a que el colágeno es un polímero hidrófilo, es altamente absorbente. Por lo tanto, puede formar un hidrogel, que es una red de polímeros que contiene hasta un 90% de agua. Estas redes de polímeros se forman mediante la reticulación de cadenas de polímeros individuales utilizando varios métodos. Por ejemplo, reticulantes químicos, calor o luz UV. El grado de reticulación afecta a las propiedades mecánicas del hidrogel. Por lo tanto, permite que estos materiales se utilicen en una amplia gama de aplicaciones. Ahora que se han explicado los principios de los hidrogeles de colágeno, echemos un vistazo a cómo se extrae el colágeno de la piel porcina y se usa para crear un hidrogel.
Para comenzar el procesamiento de colágeno a partir de una muestra dérmica, primero enjuáguelo en agua destilada helada y luego use crema depilatoria para la eliminación de lana, piel o vello. Con una cuchilla de afeitar de un solo filo, raspe la muestra para limpiar el tejido conectivo y la grasa, y enjuague una vez más con agua helada. Luego corte la muestra de piel en trozos cuadrados de centímetros. Para eliminar el material solubilizado no colagenoso, primero pese 5 gramos de cuadrados dérmicos por tubo cónico de 50 mililitros, y luego agregue 30 mililitros de acetato de sodio 0,5 molar helado a cada muestra. Luego mezcle los tubos en un homogeneizador de sobremesa. Después de un minuto, deseche el sobrenadante y vuelva a mezclar las muestras en más acetato sódico helado durante un total de siete ciclos de lavado. Después del último lavado, enjuague la muestra en agua destilada helada y mézclela una vez más para eliminar el acetato de sodio residual. Luego, comprima la muestra contra el tubo para eliminar el exceso de líquido y transfiera cada muestra dérmica procesada de 5 gramos a tubos cónicos frescos de 50 mililitros. Para extraer el colágeno, lave la muestra dos veces en 2 mililitros de .Tampón de citrato de sodio molar 075 por gramo de muestra. Desechar los sobrenadantes y comprimir las muestras después de que se haya demostrado previamente cada lavado. Después del segundo lavado, agregue una alícuota fresca de tampón de citrato de sodio y luego realice seis ciclos de agitación secuenciales sin eliminar el tampón entre cada ciclo. Ahora, transfiera los sobrenadantes a tubos de recolección individuales y agregue un mililitro adicional de .075 Tampón molar de citrato de sodio por gramo de muestra antes de realizar un ciclo de agitación final. A continuación, centrifugar el sobrenadante de nuevo en un dispositivo de filtro centrífugo para purificar el colágeno extraído. Finalmente, almacene el collage purificado a 4 grados Celsius.
Ahora que el colágeno se ha purificado, un hidrogel de colágeno se puede fabricar y rellenar con células para formar una construcción de tejido diseñado. Para comenzar, mezcle bien el colágeno dérmico purificado en un tubo cónico. Luego, agregue las células inmediatamente a la solución de colágeno y colóquela en hielo. Pipeta la mezcla helada en una superficie estéril, tratada sin cultivo de tejido, para minimizar la unión y el crecimiento de células fuera del gel de colágeno. Utilice una punta de pipeta para distribuir uniformemente la solución. Deje que el gel se polimerice a temperatura ambiente durante aproximadamente 10 a 15 minutos. A continuación, cubra los geles y muévalos a una incubadora de 37 grados centígrados durante 60 minutos adicionales para finalizar la polimerización. Tras la polimerización, el gel se volverá opaco. Una vez polimerizado, agregue de dos a tres mililitros de medio. Luego, el hidrogel poblado está listo para usarse en estudios de cultivo de tejidos.
Ahora que ha aprendido a construir hidrogeles de colágeno, veamos algunas aplicaciones prácticas de estos materiales. Los hidrogeles de colágeno se utilizan a menudo para imitar el tejido nativo, como se muestra aquí. Sin embargo, los cambios en la organización de la fibra de colágeno pueden ocurrir en el tejido natural. Resultando en estructuras alineadas. Como resultado, las matrices de colágeno diseñadas se pueden construir en configuraciones aleatorias o alineadas. Los hidrogeles de colágeno se utilizan a menudo como andamios de tejido para el desarrollo de tejidos artificiales. Al proporcionar una estructura tridimensional personalizada para que las células habiten, la matriz de colágeno se reorganiza posteriormente para imitar la estructura y la función del tejido real. Por ejemplo, los armazones se pueden asentar con osteoblastos, las células responsables de la formación ósea, para reorganizar la matriz para parecerse más a la estructura y función del tejido óseo nativo.
Acabas de ver la introducción de Jove a los hidrogeles de colágeno. Ahora debe comprender la estructura del colágeno, cómo se aísla y la fabricación de hidrogeles de colágeno, además de sus diversas aplicaciones en el campo de la bioingeniería. ¡Gracias por mirar!
