Nota técnica | ElastoSens™ Bio
Orientación para Determinar el Punto Óptimo para la Liofilización de un Hidrogel
por la Dra. Dimitria Camasão
especialista sénior en aplicaciones de Rheolution Inc.
La liofilización es un método habitual para fabricar andamios porosos a partir de un hidrogel compuesto por polímeros naturales o sintéticos. En muchos casos, la solución polimérica se reticula (se establecen enlaces o interacciones entre las cadenas poliméricas) y, a continuación, el hidrogel se liofiliza para obtener el andamio poroso y seco (1-3). Esta fase de reticulación puede tardar desde unos minutos hasta varias horas en completarse, y el momento en el que se interrumpen de forma forzada las condiciones de reticulación y se traslada la muestra al liofilizador tiene un impacto significativo en la estructura final del andamio seco. Esta transición de la fase de reticulación a la liofilización suele determinarse a simple vista, y la falta de precisión en este punto provoca una falta de uniformidad en los andamios secos finales, lo que puede reducir considerablemente el rendimiento de la producción. En esta nota técnica, se describirá el uso del ElastoSens™ Bio para guiar la determinación de este punto de transición óptimo.
La fase de reticulación, desde una solución polimérica hasta la formación del hidrogel, es un proceso que depende del tiempo, en el que el número de interacciones entre las cadenas aumenta continuamente (siempre que se mantengan las condiciones necesarias de pH, luz, temperatura, etc.) hasta alcanzar un máximo. Esto está directamente relacionado con la rigidez del hidrogel en formación: el aumento del número de interacciones provoca un incremento continuo de la rigidez del hidrogel hasta un nivel máximo estable. El ElastoSens™ Bio es capaz de medir en tiempo real la rigidez (módulo elástico de cizallamiento, G’) de una muestra en función del tiempo y, por lo tanto, obtener su curva completa de reticulación (o cinética) (Figura 1).
Figura 1: Cinética de reticulación de un hidrogel en función del módulo de almacenamiento al cizallamiento (G’). El número de interacciones entre las cadenas poliméricas aumenta con el tiempo y, por lo tanto, también lo hace el valor de (G’). Para conseguir un andamio liofilizado óptimo, es importante la rigidez del hidrogel en el momento en que se inicia el proceso de liofilización.
Figura 2: Cinética de reticulación de un hidrogel en función del módulo de almacenamiento al cizallamiento (G’). Dos lotes del mismo hidrogel pueden alcanzar un mismo nivel de rigidez en momentos distintos.
Tras varias iteraciones, el usuario puede determinar el nivel óptimo de rigidez (punto óptimo o intervalo óptimo) en la curva de reticulación obtenida con ElastoSens™ Bio, lo que te permitirá conseguir la arquitectura óptima del andamio (porosidad, tamaño de los poros, interconectividad de los poros, homogeneidad y propiedades mecánicas) para el proceso en cuestión (Figura 1). Una vez determinada esto, se puede analizar una alícuota de la solución polimérica en el instrumento en cada ciclo de producción para asegurarte de que se alcanzan niveles similares de rigidez antes de pasar a la etapa de liofilización. Esta transición precisa de la fase de reticulación a la etapa de liofilización ha demostrado ser extremadamente importante para conseguir altos rendimientos de producción en la industria. Además, esto puede acelerar la investigación y el desarrollo de productos liofilizados.
Descubre cómo nuestra tecnología mide de forma no destructiva las propiedades viscoelásticas de los biomateriales blandos y los tejidos utilizando microvolúmenes de muestras
Artículos relacionados
Todas las células del cuerpo humano están expuestas a fuerzas mecánicas que regulan su funcionamiento y el desarrollo de los tejidos, y cada tipo de célula se adapta específicamente a las propiedades mecánicas del tejido en el que se encuentra. Las propiedades de la matriz de los tejidos humanos también pueden cambiar con la enfermedad y, a su vez, facilitar su progresión.
La liofilización es un método habitual para producir andamios porosos a partir de un hidrogel compuesto por polímeros naturales o sintéticos. En muchos casos, la solución polimérica se reticula (se establecen enlaces o interacciones entre las cadenas poliméricas) y, a continuación, el hidrogel se liofiliza para obtener el andamio poroso y seco (1-3).
El alginato es un polisacárido que forma parte de la estructura de las algas y de la cápsula de las bacterias del suelo. Este polisacárido se suele obtener de las algas pardas y se usa en muchas industrias, como la médica, la farmacéutica, la alimentaria y la textil, gracias a sus propiedades viscosantes, gelificantes y estabilizadoras.
El quitosano es un polímero natural y biodegradable que se obtiene de la quitina, el material estructural que se encuentra en los caparazones de crustáceos como las gambas y los cangrejos. Mediante un proceso conocido como desacetilación, la quitina se convierte en quitosano, que en su forma convencional se disuelve en soluciones ligeramente ácidas y puede formar hidrogeles en condiciones adecuadas. Gracias a su biocompatibilidad, a que sus propiedades se pueden ajustar y a que no requiere un procesamiento muy complejo, el quitosano se usa mucho en la administración de fármacos, la cicatrización de heridas y la ingeniería de tejidos.