Desarrollo y caracterización de películas de fibroina de seda para reparación condral / Development and characterization of silk fibroin films for condral reparation

RESUMEN La fibroína de seda es una proteína que ha demostrado ser un biomaterial con gran potencial en medicina regenerativa, por sus características de biocompatibilidad y su amplia posibilidad de modificación estructural permite ser usada como andamio favoreciendo procesos de crecimiento, diferenciación celular y la regeneración del tejido afectado. En este estudio se utilizaron capullos de gusano de seda Bombyx mori L., para la fabricación de películas de fibroína, los capullos fueron desgomados utilizando Na2CO3 0,02M, la fibroína obtenida se disolvió con LiBr 9,3M, el cual fue eliminado mediante diálisis y finalmente la solución de fibroína fue concentrada mediante contradiálisis. La fibroína fue servida en cajas de poliestireno, secadas a 90°C/24 horas y esterilizadas con etanol al 70%. Células madre mesenquimales fueron sembradas sobre estas películas de fibroína e inducidas a diferenciación utilizando un medio condrogénico especifico. La diferenciación fue evaluada por triplicado a los 14 y 21 días mediante extracción de ARN total, síntesis de ADN copia y amplificación por PCR de un grupo de genes específicos de cartílago empleando cebadores específicos. Se fabricaron películas de fibroína estables y resistentes que permitieron el crecimiento y la multiplicación celular, así como la diferenciación condrogénica evidenciada por la expresión de genes condrogenicos, no se afectó la viabilidad ni el recuento celular, las células interactuaron con el andamio evidenciado por el área de tapizado formado sobre la superficie de la película de fibroína. Finalmente se concluye que la fibroína de seda es un biomaterial que puede servir de andamio potencial para la regeneración de lesiones articulares.

ABSTRACT Silk fibroin is a protein that has been shown to be a biomaterial with great potential in regenerative medicine, due to its biocompatibility characteristics and its wide possibility of structural modification can be used as scaffold, favoring growth processes, cell differentiation and the regeneration of affected tissue. Bombix mori L. silkworm cocoons were used to make fibroin films, the silk fibroin were degummed using 0.02M Na2CO3, the obtained fibroin was dissolved with 9.3M LiBr, which was eliminated by dialysis and finally the fibroin solution was concentrated to 17% by counterdialysis. The fibroin was served in polystyrene boxes, dried at 90°C/24 hours and sterilized with 70% ethanol. The mesenchymal stem cells were seeded on fibroin films and induced differentiation using a specific chondrogenic medium. Differentiation was assessed in triplicate at 14 and 21 days by total RNA extraction, DNA synthesis copy and PCR amplification of a group of cartilage-specific genes using specific primers. Stable and resistant fibroin films that allowed cell growth and multiplication were fabricated, as well as the chondrogenic differentiation evidenced by the expression of chondrogenic genes, the viability and the cell count were not affected, the cells interacted with the scaffolding evidenced by the area of upholstery formed on the surface of the fibroin film. Finally, it is concluded that silk fibroin is a biomaterial that can serve as a potential scaffold for the regeneration of joint injuries.

Yacón como planta promisoria en el manejo de enfermedades

Una de las grandes preocupaciones en la medicina humana es el aumento significativo del número de pacientes con enfermedades que disminuyen la expectativa de vida y afectan su calidad, como es el caso de la diabetes, dislipidemias y cáncer de colón, entre otras. Los tratamientos convencionales para estas enfermedades en algunos casos no son exitosos, lo que conlleva a empeorar la condición clínica o incluso, la muerte del paciente. Por lo anterior, surge la necesidad de buscar otras opciones terapéuticas que conlleven a mejorar la condición clínica, que sean de fácil adherencia, y su consumo sea seguro y accesible para la población. Por tanto se sugiere el yacón como una planta medicinal con un amplio historial de consumo seguro y una gran evidencia científica que respalda su uso. Sus propiedades biológicas únicas, tales como antimicrobianas, antifúngicas, antioxidantes, inmunomoduladoras, prebióticas y anticancerígenas, entre otras, hacen de esta planta, una promesa para la medicina tradicional humana.

One of the major concerns in human medicine is the significant increase in the amount of patients with diseases that reduce life expectancy and affect its quality, such as diabetes, dyslipidemias and colon cancer, among others. The conventional treatments for these diseases some times are not successful, which lead the patient to a worst clinical condition or even cause death. Due to the above, there is a need of other therapeutic options that lead to improve the clinical condition, which can be easily performed, and its consumption is safe and accessible to the population. Therefore, Yacón is suggested as a medicinal plant that has a long history of safe consumption and a great scientific evidence to support its use. Its unique biological properties, such as antimicrobial, antifungal, antioxidant, immunomodulatory, prebiotic and anticancer, among others, make this plant a promise for traditional human medicine.

Uma das principais preocupações da medicina humana é o aumento significativo do número de pacientes com doenças que reduzem a expectativa de vida e afetam sua qualidade, como diabetes, dislipidemias e câncer de cólon, entre outros. Tratamentos convencionais para essas doenças, em alguns casos, não são bem-sucedidos, o que leva a piorar a condição clínica ou até mesmo a morte do paciente. Portanto, existe a necessidade de buscar outras opções terapêuticas que levem à melhora da condição clínica que sejam de fácil adesão, e de consumo seguro e acessível à população. Portanto, yacon é sugerido como uma planta medicinal com uma longa história de consumo seguro e uma grande evidência científica para apoiar seu uso. Suas propriedades biológicas únicas como planta antimicrobiana, antifúngica, antioxidante, imunomoduladora, prebiótica e anticâncer, entre outros, fazem desta planta uma promessa para a medicina humana tradicional.

Evaluación de la fibroína de seda como biomaterial de soporte para el crecimiento de células mesenquimales estromales de pulpa dental / Evaluation of silk fibroin as a support biomaterial for the growth of stromal mesenchymal cells of dental pulp

La regeneración de tejidos usando células, factores de crecimiento y soportes constituyen una alternativa en la Medicina Regenerativa. La fibroína de seda es un excelente biosoporte, sus propiedades mecánicas únicas le permiten soportar procesos de adhesión y crecimiento celular. Objetivo. Evaluar la fibroína de la seda obtenida del gusano de seda Bombyx mori L como material de soporte para el crecimiento de células mesenquimales estromales de pulpa dental (CMPD). Métodos. La fibroína obtenida a partir de capullos de gusanos de seda Bombyx mori L criados en la Granja El Pílamo, propiedad de la Universidad Tecnológica de Pereira, se empleó para la fabricación de películas de fibroína íntegras y resistentes a condiciones de cultivo. Las CMPD fueron obtenidas a partir de un donante de diente premolar, la pieza dental se cortó con disco de diamante para la obtención de la pulpa que fue sometida a disgregación enzimática. Las células obtenidas se subcultivaron hasta el segundo pase, para posteriormente transferirse a cajas de cultivo que contenían películas de fibroína, se sometieron a condiciones inherentes al proceso de incubación siguiendo su crecimiento y viabilidad celular durante 27 días. Resultados. Al final del periodo de incubación, se observaron películas integras, estables y resistentes que permitieron el crecimiento celular. Conclusión. Se plantea el uso de fibroína como un biopolímero natural que brinda un soporte mecánico, un microambiente óptimo y un mimetismo de la estructura organizacional de los tejidos, postulándose como un potencial biomaterial para procesos de crecimiento celular en Medicina Regenerativa e Ingeniería de Tejidos.(AU)

Tissue regeneration using cells, growth factors and supports are an alternative in Regenerative Medicine. Silk fibroin is an excellent biosupport, its unique mechanical properties allow it to support processes of cell adhesion and growth. Objective: Evaluating the obtained silk´s fibroin from silkworm (Bombyx mori L) as a scaffold material for growth of dental pulp mesenchymal stromal cells (CMPD). Methods: The fibroin was obtained from silkworm (Bombyx mori L) cocoons reared at "The Pilamo" Farm, owned by the Universidad Tecnológica de Pereira. Procedures for obtaining full and resistant fibroin films to culture conditions were performed. The CMPD were obtained from a premolar tooth, the tooth was cut with a diamond blade to obtain the pulp which was subjected to enzymatic digestion. The cells obtained were subcultured until the second pass, and then, transferred to culture dishes containing fibroin films. This cells were cultured in standard conditions and tracking incubation with cell viability and growth for 27 days. Results: At the end of the incubation period, we realize that the fibroin films were intact and also this fibroin films allows cell growth.Conclusion: The use of fibroin as a natural biopolymer provides mechanical support, also an optimal microenvironment and mimic the organizational structure of tissues, so we postulated fibroin as a potential biomaterial for cell growth to be used in regenerative medicine and tissue engineering.(AU)

Uso de biomateriales a partir de la fibroína de la seda de gusano de seda (bombyx mori L. ) para procesos de medicina regenerativa basada en ingeniería de tejidos / Fibroin from silkworm (bombyx mori L ) as biomaterial used in regenrative medicine process based on tissue engineering

La regeneración de tejidos usando células, andamios y factores de crecimiento apropiados es un enfoque clave en las terapias de regeneración de tejido o de órganos. La fibroína de la seda, ha demostrado que puede ser utilizada eficazmente como un material de andamiaje en estos tratamientos. Las fibras de seda se obtienen de diversas fuentes animales, tales como arañas, gusanos de seda, escorpiones, ácaros y las moscas. La seda extraída a partir de capullos del gusano de seda (Bombyx mori L), se caracteriza por sus excelentes propiedades mecánicas, biocompatibilidad y biodegradabilidad que le permiten ser una fuente adecuada para el desarrollo de dispositivos biomédicos. La combinación única de elasticidad, resistencia y compatibilidad con células de mamíferos hace de la fibroína de la seda un material atractivo para la ingeniería de tejidos. Esta revisión aborda el procesamiento de fibroína de la seda en diferentes formas de biomateriales, sus aplicaciones, ventajas y limitaciones como biomaterial de andamiaje en la ingeniería ósea, vascular, de piel, cartílagos, ligamentos, tendones y de tejidos cardíaco, nervioso, ocular y vesical.

Tissue regeneration using cells, scaffolds and appropriate growth factors is a key approach in therapy for tissue or organs regeneration. The fibroin from silk has been shown to be effectively used as a scaffold material in these treatments. Silk fibers are obtained from various animal sources, such as spiders, silkworms, scorpions, mites and flies. The silk extracted from silkworm's (Bombyx mori L.) cocoons, is characterized by its excellent mechanical properties, biocompatibility and biodegradability this characteristics makes silk be a suitable source for the development of biomedical devices. The unique combination of elasticity, strength and compatibility with mammalian cells made of silk fibroin attractive for tissue engineering material. This review addresses the processing of silk fibroin in different forms of biomaterials, applications, advantages and limitations as a biomaterial scaffold in tissue engineering for bone, vascular tissues, skin, cartilage, ligaments, tendons, heart tissue, nervous , eye and bladder.