Estudio bi/tridimensional del frente de difusión y reticulado de calcio en una tinta de hidrogeles para implementar en una bioimpresora 3D

PALMA J.; BERTUOLA M.; HERMIDA E.B.

Bariloche

Congreso; Reunión de la Asociación Física Argentina (RAFA); 2022

Asociación Física Argentina

Los hidrogeles naturales se utilizan ampliamente para la bioimpresión3D de andamiosque emulan la matriz extracelular de diferentes tejidoshumanos; esto se debe a sualto contenido en agua, su buenabiocompatibilidad y su biorreabsorción [1]. Las propiedadesmecánicasde los andamios deben asemejarse a las del tejido objetivo paralograruna buena integración biomecánica y desencadenar respuestas celularesnativasdel tejido como la adhesión, cambios morfológicos ydiferenciación celular [2]. Otra delas ventajas de utilizar hidrogelespara andamios de bioimpresión 3D, para medicinaregenerativa, es quesus propiedades mecánicas pueden modularse ajustando condicionesdelproceso de reticulación como la duración, la naturaleza y laconcentracióndel agente reticulante [3,4].Las propiedades mecánicas delos andamios dependen de la fracción de hidrogel reticuladoa lo largodel tiempo. En este trabajo, se estudia la cinética del frentedereticulado dentro de la matriz de una tinta deAlginato-Gelatina-Ácido Hialurónico(Alg-Gel-Hial) (4,5Se tuvo encuenta que el proceso de difusión del calcio ocurre en la tintareticulada detal forma que cuando difunde completamente a través deésta, se reticula la próximasección de la tinta. Este proceso se puedeexplicar por medio de la ecuación de difusión,donde la condición decontorno varia a medida que avanza el frente de reticulado [5].En estetrabajo se resolvió analíticamente la ecuación de difusión con unacondiciónde contorno que varía proporcionalmente a la cantidad deiones calcio que llegan alcontorno. Esto se realizó para condicionesde contorno planas (donde se obtuvo la tasade reticulación de losandamios, K (mm.s-1) y cilíndricas, mientras que en Chavez etal. seresuelve la ecuación con condiciones de contorno esféricas.Se obtuvouna ecuación que calcula el radio de penetración del reticulante enfuncióndel tiempo para condiciones de contorno cilíndricas y secomparó con la reticulaciónde cilindros reales de Alg-Gel-Hial pormedio de análisis de los videos, donde se vio quela ecuación obtenidaanalíticamente representa satisfactoriamente los datos medidos.Además,se realizó un código en Python que simula el comportamiento del frentededifusión del reticulante en 3D para una relación de penetraciones ycondiciones decontorno con radios de curvatura de 4:1.5, queimplementa la tasa de reticulación de los andamios, K (mm.s-1). Seevaluó el código para andamios genéricos en 2D,comparando el tiempomedido que tarda en reticular con el tiempo que arroja lasimulación,obteniendo tiempos similares.[1] J.K. Carrow et al., Chapter 13 ?Polymers for Bioprinting, Elsevier Inc., 2015.[2] C.F. Guimarães etal., Nat. Rev. Mater. 5 (2020) 351?370.[3] T. Pan et al., J. Mater.Sci. Technol. 32 (2016) 889?900.[4] W. Schuurman et al., Macromol.Biosci. 13 (2013) 551?561.[5] M.S. Chavez et al., J. Food Sci. 59(1994) 1108?1110.