Hidrogels biomimètics per a enginyeria de teixits

Abstract

This final grade project, developed in the biomaterials for regenerative therapies group of research in the Institute for bioengineering of Catalonia (IBEC), was encompassed within a major project consisting in developing, characterizing and testing biodegradable and bioactive materials, has as its objective, assessing the properties of citric acid released during the degradation of these biomaterials and if this acid can become a biochemical signal for human mesenchymal stem cells. In this way we performed many cytotoxicity assays to evaluate whether the culture medium with citric acid is toxic for cells; cell proliferation assays to determine whether this substance helps the process of cell division and adherence to a particular culture surface; and cell differentiation assays, where we want to test whether the citric acid has the potential to induce osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells. Additionally, we performed protein expression and purification assays of a protein from monoamine oxidases family. We carried out transformed bacterial cultures using Escherichia Coli and purification techniques by affinity chromatography, in order to produce a new type of biomaterial. The results allow hypothesizing that citric acid does not present problems of toxicity to cells; would favor the process of cell adhesion to the culture surface but would not have a major role in their proliferation; and finally, citric acid could have a significant role in the osteogenic differentiation of human mesenchymal stem cells due to a high and rapid expression of alkaline phosphatase. In the case of protein, it has been possible to optimize the culturing and purification protocol to obtain good production yields, and we also have achieved good levels of protein activity and percentage of protein with copper atoms.

El present treball de final de grau, desenvolupat al grup d'investigació de biomaterials per a teràpies regeneratives a l'Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC), està englobat dins un projecte que consisteix en desenvolupar, caracteritzar i testar materials biodegradables i bioactius, té per objectiu avaluar les propietats de l'àcid cítric alliberat durant la degradació d'aquests biomaterials i, si aquest àcid esdevé un senyal bioquímic per a les cèl·lules mare mesenquimals humanes. D'aquesta manera es duen a terme diversos assajos de citotoxicitat, per avaluar si el medi de cultiu amb àcid cítric és tòxic per a les cèl·lules; assajos de proliferació cel·lular, per determinar si aquesta substància afavoreix en el procés de divisió cel·lular i adhesió en una determinada superfície; i assajos de diferenciació cel·lular, on es vol testar si l'àcid cítric presenta, i en quins nivells, potencial per induir la diferenciació osteogènica de les cèl·lules mare mesenquimals amb les que s'ha treballat. Addicionalment, s'han dut a terme assajos d'expressió i purificació d'una proteïna recombinant de la família de les monoaminooxidases, a partir del cultiu de bacteris modificats de l'espècie Escherichia Coli i de tècniques de purificació mitjançant cromatografia d'afinitat, amb l'objectiu de produir un nou tipus de biomaterials. Els resultats trobats, permeten formular les hipòtesis de que l'àcid cítric no presentaria problemes de toxicitat per a les cèl·lules; que afavoriria el procés d'adhesió cel·lular a la superfície de cultiu, tot i que no tindria un rol fonamental en la seva proliferació; i finalment, l'àcid cítric podria tenir un paper important en el procés de diferenciació osteogènica de les cèl·lules mare mesenquimals humanes degut a una alta i ràpida expressió de fosfatasa alcalina. En el cas de la proteïna, s'ha aconseguit optimitzar el protocol de cultiu i purificació per tal d'obtenir bons rendiments de producció i també s'han aconseguit bons nivells d'activitat i de percentatge de proteïna amb àtoms de coure.

En el presente trabajo de fin de grado, desarrollado en el grupo de investigación de biomateriales para terapias regenerativas en el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), está englobado dentro de un proyecto consistente en desarrollar, caracterizar y testar materiales biodegradables y bioactivos, tiene por objeto evaluar las propiedades del ácido cítrico liberado durante la degradación de estos biomateriales y, si este ácido se convierte en un señal bioquímico para las células madre mesenquimales humanas. De este modo se llevan a cabo numerosos ensayos de citotoxicidad, para evaluar si el medio de cultivo con ácido cítrico es tóxico para las células; ensayos de proliferación celular, para determinar si ésta substancia favorece el proceso de división y adhesión celular a una determinada superficie; y ensayos de diferenciación celular, dónde se quiere probar si el ácido cítrico presenta potencial para inducir la diferenciación osteogénica de las células madre mesenquimales con las que se trabaja. Adicionalmente, se llevan a cabo ensayos de expresión y purificación de una proteína de la familia de las monoaminooxidasas, a partir del cultivo de bacterias modificadas de la especie Escherichia Coli y de técnicas de purificación mediante cromatografía de afinidad, con el objetivo de producir un nuevo tipo de biomaterial. Los resultados encontrados, permiten formular hipótesis en que el ácido cítrico no presentaría problemas de toxicidad para las células; que favorecería el proceso de adhesión celular a la superficie de cultivo aunque no tendría un rol fundamental en su proliferación; y finalmente, el ácido cítrico podría tener un papel importante en el proceso de diferenciación osteogénica de las células madre mesenquimales humanas debido a una alta y rápida expresión de fosfatasa alcalina. En el caso de la proteína, se ha conseguido optimizar el protocolo de cultivo y purificación para obtener buenos rendimientos de producción y también se han conseguido buenos niveles de actividad y del porcentaje de proteína con átomos de cobre.