Al considerar los materiales de los andamios, los investigadores tienen en cuenta las propiedades del andamio, como la rugosidad de su superficie, su contenido de agua (estado de hidratación) y su flexibilidad o rigidez (módulo elástico), ya que se sabe que estas propiedades afectan el crecimiento celular.

Los hidrogeles son polímeros reticulados biocompatibles con alto contenido de agua y son un material de andamiaje prometedor para tejidos blandos. Se pueden diseñar con diferentes elasticidades, que pueden igualar las propiedades mecánicas de diversos tejidos naturales. Sin embargo, su módulo elástico está relacionado con su composición, lo que resulta en una diferencia en las características entre los hidrogeles más blandos y más duros.

Para estudiar el efecto específico de la elasticidad del hidrogel sobre el crecimiento celular, un equipo de investigación dirigido por el profesor asistente Shin-nosuke Nishimura y el profesor Tomoyuki Koga de la Universidad de Doshisha, Japón, ha desarrollado un hidrogel con módulos elásticos ajustables utilizando los mismos polímeros. Los hallazgos de su estudio fueron publicados en la revista Advanced Material Technologies. .

"El módulo elástico de los hidrogeles es uno de los factores más cruciales para controlar el destino de las células", explica el Dr. Nishimura. Sin embargo, normalmente se preparan hidrogeles con diferentes elasticidades cambiando el monómero base y el agente reticulante. Esto afecta no sólo a la elasticidad sino también a varias características, como la hidrofilicidad y la hidrofobicidad.

Para evitar este problema, los investigadores diseñaron el hidrogel sin enlaces cruzados. Utilizaron poli(N-acriloilglicinamida) (PNAGAm) como polímero base, un polímero vinílico con cadenas laterales que forman fuertes enlaces de hidrógeno. Estos enlaces se rompen a altas temperaturas y se vuelven a unir a temperaturas más bajas, lo que brinda a estos polímeros la capacidad única de recordar y recuperar su forma en respuesta a los cambios de temperatura.

Para mejorar las propiedades de adhesión celular del hidrogel, los investigadores combinaron el polímero PNAGAm con el péptido arginina (R)-glicina (G)-ácido aspártico (D)-serina (S) mediante copolimerización radical. Estos péptidos representan los sitios de unión celular que se encuentran en el cuerpo y hacen que el hidrogel sea adecuado para el crecimiento celular.

A diferencia de los hidrogeles convencionales, el módulo elástico del hidrogel propuesto se puede ajustar comprimiéndolo en diferentes espesores a altas temperaturas.

Cuando se exponen a altas temperaturas, los enlaces de hidrógeno dentro del polímero se rompen y la compresión del hidrogel en tales condiciones acerca la red del polímero y los enlaces cruzados a base de hidrógeno. Este cambio en la estructura molecular conduce a una modificación del módulo elástico del hidrogel.

Al enfriarse, debido a la reinserción de los enlaces de hidrógeno, el hidrogel mantiene tanto su forma como su módulo elástico.

Al utilizar este método, los investigadores cambiaron con éxito el módulo elástico de una barra rectangular de hidrogel. Comprimieron diferentes secciones del hidrogel hasta espesores de 1 mm, 0,64 mm y 0,50 mm a 65°C durante una hora. Al enfriarlo a una temperatura de cultivo celular de 37 °C, las regiones no prensadas, moderadamente presionadas y firmemente presionadas tenían módulos elásticos de 9460 Pa, 5940 Pa y 3460 Pa, respectivamente.

Al sembrar el hidrogel con células de fibroblastos de embrión de ratón (NIH/3T3), los investigadores observaron una correlación directa entre el módulo elástico del hidrogel y el número de células adheridas. En la región no prensada, el número de células adheridas fue de 1,3 × 10 ⁴ celdas cm ⁻² , mientras que en la región firmemente presionada aumentó a 1,9 × 10 ⁴ celdas cm ⁻² .

"En este estudio hemos logrado controlar el comportamiento de adhesión celular por primera vez en el mundo utilizando las propiedades de memoria de forma de los hidrogeles", afirma el profesor Koga.

En conclusión, al alterar el módulo elástico manteniendo constantes otras propiedades, los investigadores crearon una plataforma que puede usarse para investigar la influencia del módulo elástico en el crecimiento celular. Esto puede conducir a mejores materiales de soporte para la regeneración de tejidos.