MODELADO COMPUTACIONAL EN 3D DE LA DIFUSIÓN DE CALCIO Y LA MIGRACIÓN DEL FRENTE DE RETICULACIÓN EN UNA MEZCLA DE HIDROGELES PARA BIOIMPRESIÓN 3D

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

San Martín

Simposio; 1 Simposio de Modelado Multiescala para Biociencias y Nanomateriales; 2022

INS-UNSAM

Los hidrogeles naturales se utilizan ampliamente para la bioimpresiónen 3D de andamios que emulan la matriz extracelular de diferentestejidos humanos; los geles a base de alginato se encuentran entre losmás utilizados. La reticulación por los iones Ca2+ es un aspecto clavepara conseguir una respuesta mecánica adecuada; la dinámica de esteproceso ha sido reportada para los sistemas de alginato yalginato-gelatina [1,2], sin embargo, el modelado 3D de andamios decualquier morfología, con parámetros de difusión calculados no se haimplementado aún.El objetivo de este trabajo fue estudiar la cinéticadel frente de reticulación y la difusión de los iones de calcio dentrode la matriz de un hidrogel de alginato-gelatina-ácido hialurónico(Alg-Gel-HA, denominada tinta) (4,5% m/v de cada polímero en PBS1X)utilizando un método sencillo y de bajo coste (grabación de vídeo yanálisis de imágenes mediante ImageJ®).Primeramente, se determinó latasa de reticulación de la tinta en un frente plano. Para ello lasmuestras se prepararon colocando una gota de tinta en un portaobjetosde vidrio, y presionando con un cubreobjetos hasta que la tintaalcanzara el borde del mismo. Cada muestra se montó sobre una basenegra y se utilizó una cámara USB con luz roja para aumentar elcontraste en el vídeo. Una vez iniciada la grabación de vídeo, seinyectó 0,5M de CaCl2 en un borde del cubreobjetos; la tinta se vuelveopaca a medida que el Ca2+ difunde. Se registró el frente dedifusión/reticulación durante 40min, el avance del frente dereticulación (x) en el tiempo (t) se determinó utilizando el softwareimageJ. Se tuvo en cuenta que el proceso de difusión del calcio ocurrede tal forma que cuando difunde completamente a través de la tinta, sereticula la próxima sección. Este proceso se explica mediante laecuación de difusión, donde la condición de contorno varia a medidaque avanza el frente de reticulado [2], llegando a ajustarse los datosexperimentales mediante la ecuación: 𝑥=𝑘√𝑡 , donde 𝑥 es ladistancia (mm) de penetración del calcio y 𝑘 (mm.s-1) es la tasa dedifusión/reticulación. Luego, la tasa de difusión/reticulación, 𝑘, seincluyó en un código numérico en Phyton, desarrollado para modelarcómo procede la reticulación en andamios de morfologías aleatorias,utilizando archivos .STL como entrada del código. Este modelo fuevalidado utilizando muestras reales.