Recubrimiento de membranas de PVDF utilizando recombinámeros tipo elastina, ELRs, para diferenciación osteogénica

Abstract

En este Trabajo Fin de Grado se ha llevado a cabo el recubrimiento de membranas porosas piezoeléctricas de fluoruro de polivinilideno, PVDF, con recombinámeros tipo elastina, ELRs, mediante la metodología Layer-by-layer, LbL, y utilizando una reacción “click” como la cicloadición 1,3-dipolar entre una azida y un alquino para el entrecruzamiento de dichas capas. Estas membranas recubiertas de esta manera con ELRs portadores del dominio peptídico de adhesión RGD (arginina-glicina-aspártico) estarían destinadas a un posterior estudio “in vitro” de la influencia de este dominio en la diferenciación osteogénica de células madre mesenquimales (CMM). La situación extraordinaria generada por la COVID-19 no hizo posible terminar la experimentación, motivo por el cual se ha completado con un estudio bibliográfico de los antecedentes existentes en la bibliografía sobre la influencia del dominio RGD en la diferenciación osteogénica de células madre mesenquimales, CMMs. Así, en este TFG se ha realizado la modificación química de un biopolímero ELR como el HRGD6, introduciendo en él los grupos azido, RGD-N3, y, de manera paralela y para el mismo HRGD6, introduciendo grupos ciclooctino, RGD-ciclo. Además, se ha realizado su posterior caracterización, observándose una elevada eficacia y rendimiento de la reacción. Asimismo, se recubrieron superficies de PVDF mediante metodología Layer by Layer de inmersión de doble capa, utilizando las condiciones previamente optimizadas en un trabajo anterior; reforzando la unión entre las capas mediante una reacción de cicloadición [3+2] azida-ciclooctino promovida por la tensión angular. Gracias a técnicas como FTIR, y mediante la variación de peso y medida del ángulo de contacto se comprobó la efectividad del recubrimiento. En FTIR aparecieron señales de los grupos característicos de los polímeros utilizados como los grupos C=O amídicos o los grupos N-H amídicos. En cuanto a las medidas del ángulo de contacto, se observa la disminución de los ángulos en las membranas recubiertas como resultado del aumento de la hidrofilicidad de la superficie. Por último, se ha realizado un estudio teórico acerca de la influencia del motivo RGD en la diferenciación de células madre mesenquimales, confirmando la influencia activa de este motivo en la adhesión y diferenciación. A través de las conclusiones extraídas de los resultados experimentales y el estudio teórico se puede afirmar el enorme potencial de los ELRs con secuencias de adhesión celular en Ingeniería de Tejidos como biomateriales de gran aplicabilidad en biomedicina.

In this End-of-Degree Project, the coating of piezoelectric porous membranes of polyvinylidene fluoride, PVDF, with recombinant elastin-like membranes, ELRs, has been carried out by means of the Layer-by-layer methodology, LbL, and using a "click" reaction such as the 1.3-dipolar cycloadition between an azide and an alquine for the crosslinking of such layers. These membranes coated in this way with ELRs carrying RGD peptide domain of adhesion (arginine-glycin-aspartate) would be intended for a subsequent in vitro study of the influence of this domain on the osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells (MSCs). The extraordinary situation generated by the COVID-19 did not make possible to complete the experimentation, which has been completed with a bibliographic study of the existing background in the literature on the influence of the RGD domain on the osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells, MSCs. Thus, in this TFG the chemical modification of an ELR biopolymer such as HRGD6 has been carried out, introducing azide groups, RGD-N3, and, in parallel and for the same HRGD6, introducing cyclooctine groups, RGD-cycle. In addition, their subsequent characterization has been carried out, and a high efficiency and performance of the reaction has been observed. Likewise, PVDF surfaces were coated by means of a double layer immersion Layer by Layer methodology, using the conditions previously optimized in a previous work; reinforcing the union between the layers by means of a cycloaddition [3+2] azide-cyclooctine reaction promoted by angular tension. Thanks to techniques such as FTIR, and by means of weight variation and contact angle measurement, the effectiveness of the coating was proven. In FTIR, signals of the characteristic groups of the used polymers such as C=O-amide groups or N-H-amide groups appeared. Regarding the contact angle measurements, the decrease of the angles in the coated membranes is observed as a result of the increase of surface hydrophilicity. Finally, a theoretical study has been carried out about the influence of the RGD motif on the differentiation of mesenchymal stem cells, confirming the active influence of this domain on adhesion and differentiation. Through the conclusions drawn from the experimental results and the theoretical study, the enormous potential of ELRs with cell adhesion sequences in Tissue Engineering as biomaterials of great applicability in biomedicine can be affirmed.