Banda de nanofibras biomiméticas y método y dispositivo para fabricar la misma.

Método para formar una banda de nanofibras que comprende las etapas de:

- mezclar (21) material polimérico con un disolvente para obtener una mezcla líquida que tiene una viscosidad superior a un valor de viscosidad de cizallamiento predeterminado a temperatura ambiente;

- cargar (23) una boquilla de pulverización con dicha mezcla;

- proyectar (25) dicha mezcla a través de dicha boquilla con un chorro de gas, en donde el material polimérico proyectado se solidifica y forma nanofibras;

- depositar (27) dichas nanofibras sobre una superficie colectora para formar dicha banda de nanofibras.

Banda de nanofibras biomiméticas y método y dispositivo para fabricar la misma Campo de la invención La invención se refiere al campo de una banda de nanofibras biomiméticas y al método y dispositivo para fabricarla.

Antecedentes de la invención La matriz extracelular (ECM) es un entorno complejo y dinámico segregado por las células para proporcionar la estructura de un tejido. Aparte de los proteoglucanos, el principal componente de la ECM es colágeno fibrilar que sirve como marco mecánico, punto de anclaje de las células y proporciona señales reguladoras. En un organismo, se construyen tejidos con una estrategia de abajo arriba, donde las células sintetizan en primer lugar una matriz extracelular óptima que a su vez soporta la proliferación celular y la organización del tejido definido resultante.

Por lo tanto, será particularmente útil proporcionar a las células una matriz fibrilar artificial definida, de modo que ellas se organicen en consecuencia en un nuevo tejido, por ejemplo para la reconstrucción ósea o el reemplazamiento de arterias.

El uso de colágeno natural se ve obstaculizado por la baja disponibilidad de fuentes alogénicas y la posibilidad de transferir patógenos de fuentes xenogénicas. De forma óptima, el soporte mimético sintético debería proporcionar a las células una estructura similar a las redes de colágeno natural en su organización y propiedades.

Las estrategias actuales para fabricar fibras con tamaño comparable a las fibras de colágeno incluyen principalmente autoensamblaje, separación de fases y electrohilado. Notablemente, aunque las dos primeras técnicas pueden dar forma a nanofibras poliméricas, tienen un control limitado sobre el diámetro, orientaciones y continuidad de las fibras.

El electrohilado es el método más empleado ya que proporciona una formación continua de fibras en el intervalo de micrómetros a cientos de nanómetros que se revelaron prometedoras para diferentes aplicaciones de ingeniería de tejidos.

En resumen, el electrohilado consiste en aplicar alta tensión entre una solución polimérica viscosa y un colector. La solución polimérica se somete a extrusión a una velocidad de alimentación definida a través de una boquilla y se carga eléctricamente. Una vez que esta carga excede la fuerza viscoelástica y la tensión superficial del polímero, se expulsa un chorro de polímero desde la boquilla hacia el colector cargado con carga opuesta. En el tránsito, se evapora el disolvente y por tanto se recogen fibras sólidas. Variando los diferentes parámetros de preparación (concentración de polímero, caudal o tensión eléctrica) este método permite crear estructuras nanofibrosas de diámetros y orientación de fibra definidos que eran prometedoras para diferentes aplicaciones de ingeniería de tejidos. Murugan R. et al. "Design strategies of tissue engineering scaffolds with controlled fiber orientation", Tissue Eng., 2007.13 (8) , pp. 1845-66 y el documento US 6 924 028 exponen meticulosamente el electrohilado. Sin embargo este método requiere una tensión eléctrica muy alta en el intervalo de decenas de kilovoltios para producir fibras. Aunque la corriente del campo eléctrico es usualmente baja, un voltaje tan alto puede ser peligroso para el manipulador. Además, el escalado de este procedimiento para aplicaciones industriales pondría de manifiesto que es problemático.

Otros métodos tales como, por ejemplo, los descritos en los documentos WO2006/113791, US 6.315.806, WO2007/121458 y US 6.382.526 utilizan material polimérico moldeado proyectado sobre una superficie o preparado por una abrupta reducción de la presión ("hilado rápido") como se describe en los documentos US 1.211.737, US 4.081.226, US 5.032.326. Sin embargo, el uso de polímero moldeado significa que se necesita una temperatura alta. Con esta restricción, el método se limita a la banda de nanofibras que comprende solamente un tipo de componente de nanofibras.

Compendio de la invención Sería ventajoso conseguir un método que sea fácil de realizar, sin ninguna constricción indebida en términos de seguridad o parámetros con el fin de producir una banda de nanofibras de bajo coste y alta calidad.

Para tratar mejor uno o más problemas, en un primer aspecto de la invención, un método para formar bandas de nanofibras que comprende las etapas de:

• mezclar material polimérico con un disolvente para obtener una mezcla que tiene una viscosidad superior a un valor de viscosidad de cizallamiento predeterminado a temperatura ambiente;

• cargar una boquilla de pulverización con dicha mezcla;

• proyectar dicha mezcla a través de dicha boquilla con un chorro de gas, en donde el material polimérico proyectado se solidifica y forma nanofibras;

• depositar dichas nanofibras sobre una superficie colectora para formar dicha banda de nanofibras.

El uso de una mezcla de polímero/disolvente permite de forma ventajosa la fabricación de una banda de nanofibras a temperatura ambiente y sin un campo eléctrico potencialmente peligroso. Además, el método consigue un buen control de la geometría de las nanofibras.

En realizaciones particulares:

• el mencionado valor de viscosidad de cizallamiento predeterminado es igual a 0, 068 Pa.s para una tasa de cizallamiento que aumenta de 0, 05 a 9000 s-1 en 60 s;

• la viscosidad de cizallamiento de dicha mezcla es superior a 0, 1 Pa.s. para una tasa de cizallamiento que aumenta de 0, 05 a 9000 s-1 en 60 s;

• la mezcla comprende moléculas biológicas activas;

• la boquilla de pulverización comprende un canal para dirigir dicha mezcla hacia el exterior, estando dicho canal

parcialmente obstruido por una aguja interior paralela al flujo de la mezcla, difractando dicha aguja el flujo de la mezcla saliente.

• la boquilla de pulverización es de tipo mezcla interna o externa;

• el chorro de gas aspira la mezcla al exterior de la boquilla de pulverización;

• la mezcla está a temperatura ambiente;

• el material polimérico comprende cualquier polímero soluble en disolvente, particularmente un poliéster.

En un segundo aspecto de la invención, un dispositivo para formar una banda de nanofibras que comprende:

• un recipiente de una mezcla de un material polimérico y un disolvente a temperatura ambiente, teniendo dicha mezcla una viscosidad de cizallamiento superior a un valor de viscosidad predeterminado, estando conectado el recipiente a

• una boquilla de pulverización alimentada con dicha mezcla;

• una entrada de chorro de gas, conectada a la boquilla de pulverización de modo que el chorro de gas proyecta

dicha mezcla a través de dicha boquilla y el material polimérico proyectado se solidifica y forma nanofibras;

• una superficie colectora sobre la que se depositan dichas nanofibras para formar dicha banda de nanofibras.

En una realización particular, la superficie colectora está formada por la superficie de un líquido en el que las nanofibras no son solubles.

En un tercer aspecto de la invención, la banda de nanofibras biomiméticas se produce por el método precedente y el tamaño de malla medio de las nanofibras poliméricas entrelazadas es superior a 10 μm y el diámetro medio de las nanofibras es inferior a 800 nm.

En realizaciones particulares, la banda de nanofibras biomiméticas comprende además moléculas biológicas activas entrelazadas entre las nanofibras poliméricas, y las moléculas biológicas activas pueden estar hechas de fosfato de calcio.

Estos y otros aspectos de la invención serán evidentes y aclarados con referencia a la realización descrita de aquí en adelante, donde:

- la Figura 1 es una vista esquemática de un dispositivo para preparar una banda de nanofibras según una realización de la invención;

- la Figura 2 es una vista esquemática de un método según una realización de la invención;

- la Figura 3 es un diagrama de distribución del diámetro de nanofibras cuando se usa el dispositivo de la Figura 1 con dos conjuntos diferentes de parámetros;

- la Figura 4 es un diagrama de la señal fluorescente en función del tiempo para un plástico tratado en cultivo celular de la técnica anterior y una banda de nanofibras producida por el dispositivo de la Figura 1; y

- la Figura 5 es una vista esquemática de un dispositivo según una segunda realización de la invención.

Con respecto a la Figura 1, un recipiente 1 contiene una mezcla 3 de material polimérico y disolvente. La proporción de material polimérico y disolvente es tal que la mezcla... [Seguir leyendo]

1. Método para formar una banda de nanofibras que comprende las etapas de:

- mezclar (21) material polimérico con un disolvente para obtener una mezcla líquida que tiene una viscosidad superior a un valor de viscosidad de cizallamiento predeterminado a temperatura ambiente;

- cargar (23) una boquilla de pulverización con dicha mezcla;

- proyectar (25) dicha mezcla a través de dicha boquilla con un chorro de gas, en donde el material polimérico proyectado se solidifica y forma nanofibras;

- depositar (27) dichas nanofibras sobre una superficie colectora para formar dicha banda de nanofibras.

2. Método según la reivindicación 1, en donde dicho valor de viscosidad de cizallamiento predeterminado es igual a 0, 068 Pa.s para una tasa de cizallamiento que aumenta de 0, 05 a 9000 s-1 en 60 s.

3. Método según la reivindicación 2, en donde la viscosidad de cizallamiento de dicha mezcla es superior a 0, 1 Pa.s para una tasa de cizallamiento que aumenta de 0, 05 a 9000 s-1 en 60 s.

4. Método según la reivindicación 1, en donde dicha mezcla comprende moléculas biológicas activas.

5. Método según la reivindicación 1, en donde dicha boquilla de pulverización comprende un canal para dirigir dicha mezcla hacia el exterior, estando dicho canal parcialmente obstruido por una aguja interior paralela al flujo de la mezcla, difractando dicha aguja el flujo de la mezcla saliente.

6. Método según la reivindicación 5, en donde la boquilla de pulverización es de tipo mezcla interna.

7. Método según la reivindicación 5, en donde la boquilla de pulverización es de tipo mezcla externa.

8. Método según la reivindicación 7, en donde el chorro de gas aspira la mezcla al exterior de la boquilla de pulverización.

9. Método según la reivindicación 1, en donde el material polimérico comprende cualquier polímero soluble en disolvente, particularmente un poliéster.

10. Dispositivo para formar una banda de nanofibras que comprende:

- un recipiente (1) de una mezcla de un material polimérico y un disolvente a temperatura ambiente, teniendo dicha mezcla una viscosidad de cizallamiento superior a un valor de viscosidad predeterminado, estando conectado el recipiente a:

- una boquilla de pulverización (7) alimentada con dicha mezcla;

- una entrada de chorro de gas (17) , conectada a la boquilla de pulverización de modo que el chorro de gas proyecta dicha mezcla a través de dicha boquilla y el material polimérico proyectado se solidifica y forma nanofibras;

- una superficie colectora (19) sobre la que se depositan dichas nanofibras para formar dicha banda de nanofibras.

11. Dispositivo según la reivindicación 10, en donde la superficie colectora (19) está formada por la superficie de un líquido en el que las nanofibras no son solubles.

12. Banda de nanofibras biomiméticas producida por el método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde el tamaño medio de malla de las nanofibras poliméricas entrelazadas es superior a 10 µm y el diámetro medio de dichas nanofibras es inferior a 800 nm.

13. Banda de nanofibras biomiméticas según la reivindicación 12, que comprende además moléculas biológicas activas entrelazadas entre las nanofibras poliméricas.

14. Banda de nanofibras biomiméticas según la reivindicación 13, en donde las moléculas biológicas activas están hechas de fosfato de calcio.