La Bioingeniería de tejidos representa la vanguardia de la biomedicina del siglo 21, que consiste en el diseño y fabricación de sustitutos biológicos en conjunto con el cultivo de células especificas en interacción con el andamio para lograr que biomimeticen las propiedades estructurales y funcionales del tejido original a regenerar. Esta área multidisciplinaria que abarca ciencia de materiales, biología y nanociencias; es parte de los nuevos avances tecnológicos que aprovecha las propiedades de la materia que dependen críticamente de las dimensiones del orden del nanómetro permitiendo controlar la función celular haciendo uso de las nuevas metodologías de diseño. Entre las nuevas metodologías que han tomado relevancia en la bioingeniería de tejidos está la técnica de electrospinning, que consiste en impulsar hacia un colector cargado eléctricamente una disolución polimérica mediante una jeringa cuya aguja está igualmente cargada, evaporándose el disolvente en el trayecto y depositando en el colector las fibras ultrafinas y continuas que generan una matriz tridimensional con nuevas propiedades físico-químicas y de topografía superficial altamente porosa. Esta técnica nanotecnológica es rápida y eficiente, de bajo costo y tiene la habilidad única de producir nanofibras de diferentes materiales y geometrías. Estas características hacen del electrospinning un proceso de vanguardia, versátil y altamente atractivo para la preparación de membranas hiladas de polímeros naturales, sintéticos o compuestos, con morfología y funcionalidad controlada, de interés para la investigación en el campo de la bioingeniería de tejidos. Asimismo; los últimos avances en el diseño de nanofibras de polímeros biodegradables por medio de la técnica de electrospinning en conjunción con las nuevas estrategias de cultivo celular en ambientes dinámicos; han hecho posible tener en cuenta a la Bioingeniería de Tejidos como una de las metodologías más avanzada para la regeneración de los tejidos del cuerpo humano. Por ello; al titular este proyecto “Elaboración de Micro- y Nanofibras de PCL y PCL/Gelatina por la Técnica de Electrospinning para la Regeneración de Tejidos Mineralizados” me refiero al análisis que involucra a los materiales con superficies nanoestructuradas y la función de las distintas señales celulares, específicamente aquellas involucradas en la regeneración de tejidos mineralizados, controladas en 1) la biocompatibilidad al material y 2) las señales que promueven la formación del tejido mineral en sistemas de cultivo celular con flujos dinámicos in vitro; el cual; se desarrollará a través de los siguientes paquetes de trabajo: 1) Síntesis y caracterización de andamios poliméricos sintéticos de PCL y biopolímeros de gelatina en matrices micro- y nanofibrilares por medio de la técnica de electrospinning, 2)Estudio de la biocompatibilidad, bioactividad y diferenciamiento de células madre mesenquimales en la interacción con micro- y nanofibras de PCL y PCL/Gelatina para su uso potencial en la regeneración de tejidos óseos, 3)Análisis del proceso de biomineralización en la formación de un tejido biohíbrido en un modelo de sistemas biorreactores como estrategia futura en la regeneración de tejidos óseos. Los anteriores paquetes de trabajo representarían una contribución original, multidisciplinaria que dará como resultados una investigación de frontera y actualidad con futuras aplicaciones en el sector salud que son susceptibles de generar patentes.

En años reciente, las investigaciones enfocadas a la regeneración del tejido óseo se han centrado con gran interés en explorar las aplicaciones biomédicas de las micro- y nanofibras poliméricas. Con un interés especial en las nuevas propiedades que presentan los membranas micro- y nanofibrilares en su superficie. Numerosos estudios han mostrado que los materiales nanoestructurados pueden influenciar la respuesta celular. Estos descubrimientos son excitantes porque el crecimiento celular se lleva a cabo en matrices extracelulares nanoestructuradas. La matriz ósea en la cual los implantes son colocados posee una intricada nanotopografía y las interacciones que se dan célula-matriz-sustrato ocurre en escalas nanométricas. Tal consideración ha generado un incremento en elucidar los efectos biológicos de las superficies nanofibrilares. Por ello, en este proyecto hemos conformado un grupo de investigación con expertos altamente calificados en el campo de la Biología Celular y Molecular de los Tejidos Mineralizados; así como en el campo de las Nanociencias. De tal manera que la unión de estos dos grupos de expertos enfocados al estudio sistemático de la respuesta celular y del proceso de biomineralización por las células madre mesenquimales en modelos de diferenciación celular en ambientes dinámicos sobre membranas micro- y nanofibrilares de PCL y PCL/Gelatina dará como resultado una investigación de frontera y actualidad en el campo de la bioingeniería de tejidos y en el campo de los biomateriales con aplicaciones futuras en el sector salud. Así este proyecto pretende contribuir a entender como la nanotopografía puede ser capaz de influenciar el ambiente celular y la diferenciación, sugiriendo nuevas líneas de investigación al proponer que la influencia puede estar relacionada en función de la morfología superficial, es decir si nosotros manipulamos el tamaño de las morfologías superficiales de las fibras poliméricas para poder imitar la estructura física de la matriz extracelular nativa de los tejidos del cuerpo humano, llevando a que adquieran nuevas propiedades físico-químicas y de topografía superficial como interconexión de poros, una alta reactividad volumen/superficie; una gran resistencia ¿se aumentará la biocompatibilidad y la biomineralización generada por las células diferenciadas hacia fenotipos osteoblásticos en este tipo de morfología? Si las membranas poliméricas esta constituido por partículas nanoestructuradas del tipo micro- y/o nano- fibrilar, ¿que efecto tiene respecto a la morfología celular? Si las membranas poliméricas esta constituido por nanofibras, ¿que efecto tiene respecto a la mineralización celular y a la infiltración comparada con aquellas microfibrilares? Estas preguntas relacionadas al tema de biomateriales fibrilares con futuras aplicaciones en el sector salud son las que pretendemos responder, sin embargo, consideramos que en estos tres años podemos obtener los aspectos básicos de cómo la nanotopografía afecta la respuesta del linaje osteoblástico en sistemas de cultivo celular con flujos dinámicos in vitro; la cual se reflejará en la contribución del conocimiento de una tecnología de vanguardia y la apertura de nuevas líneas de investigación disponible en el país de las disciplinas involucradas en el proyecto (nanomateriales, bioingeniería de tejidos, electrospinning); que se darán a conocer por medio de al menos tres publicaciones en revistas científicas; para posteriormente intentar aplicarlos estos aspectos básicos, primero en animales y en un futuro cercano si los resultados son alentadores, en humanos. Asimismo; dará como resultados una investigación de frontera y actualidad que son susceptibles de generar patentes tanto de la estrategia de diseño de las membranas electrohiladas así como de la estrategia de generación tisular en ambientes dinámicos. Por último, es muy importante para nosotros como grupo de investigación el generar personal altamente calificado y preparado para que en el futuro realice y continúe con estos proyectos de investigación. Por este motivo, se motivaran a los alumnos de Licenciatura a efectuar sus trabajos de tesis profesional en apoyo a este proyecto, así como los alumnos de Maestría y Doctorado. Estos últimos se les apoyarán para que prosigan con sus estudios a nivel de Doctorado y de Estancias Pos-Doctorales.