Publicación: Biomaterial basado en alginato y gelatina para el desarrollo de cultivos tridimensionales
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Resumen en español
RESUMEN: los biomateriales en cultivo celular permiten imitar el comportamiento de la matriz extracelular (MEC) fielmente brindando soporte y nutrientes. La gelatina y el alginato de sodio son biomateriales muy utilizados en cultivo por su biocompatibilidad y baja citotoxicidad. Por otro lado, los esferoides celulares facilitan la formación de interacciones célula-célula en las tres dimensiones, como se encuentra en la fisiología de los organismos. En búsqueda de un cultivo celular que brinde la oportunidad de imitar ambos comportamientos, se planteó la encapsulación de esferoides en matrices Alg-Gel en tres proporciones distintas (50:50, 70:30 y 80:20) para encapsular esferoides de NIH3T3 (línea celular de fibroblastos de ratón) cultivados usando el método de gota colgante, a través del entrecruzamiento iónico con CaCl2 100 mM. Se caracterizaron las matrices de Alg-Gel (espectrometría de transformada de Fourier -FTIR-, evaluación de morfología, hinchamiento y degradación por gravimetría, evaluación de esterilidad y evaluación de citotoxicidad) y el cultivo de esferoides en sus pre y post encapsulación (microscopia óptica, microscopia de fluorescencia y ensayo MTT) con el fin de observar el comportamiento de estos y los posibles factores asociados a la matriz que influyan sobre su crecimiento y desarrollo. Al final se demostró que la matriz Alg-Gel 80:20 presentaba el mayor porcentaje de hinchamiento (34.91 %) demostrando una posible mayor presencia de poros; además, se evidenció que el medio de cultivo celular afecta la integridad de las matrices, dificultando su manipulación a largo plazo. Se determinó que el tamaño promedio de los esferoides antes de ser encapsulados era de 181.85 ± 9.70 μm y, además, se observó que el ensayo de MTT para la evaluación de los esferoides tuvo absorbancias bajas, aun cuando este se trataba de un esferoide viable, ya que se evidenció la formación de cristales de formazán y se observó la morfología de este por microscopia electrónica de barrido -SEM. Los esferoides encapsulados en las matriz Alg-Gel mostraron tener menor tamaño que el control (control = 211.55 ± 19.68 μm; 50:50 = 193.77 ± 18.67 μm; 70:30 = 191.20 ± 16.63;y 80:20 = 183.54 ± 19.14 μm), y la disminución de su tamaño se relacionó con la cantidad de Alg, lo cual brindaría la oportunidad de un cultivar esferoides con control de tamaño. Todas las matrices de Alg-Gel demostraron ser viables según la norma ISO 10993 tanto para los ensayos de citotoxicidad directa e indirecta a esferoides, resaltando el hecho que en ambos casos la matriz Alg-Gel 80:20 representaba una alta viabilidad, con porcentajes equivalente a 113.58 % (indirecta) y 99.36 % (directa). Estos resultados sugieren que la matriz Alg-Gel 80:20 puede tener un uso prometedor para la encapsulación de esferoides; sin embargo, se debe indagar más a fondo con respecto a los métodos de evaluación de esferoides para corroborar el efecto positivo de Alg. Además, se recomienda la implementación de métodos que mejoren las características en presencia del medio de cultivo de las matrices, en general.
Resumen en inglés
ABSTRACT: biomaterials in cell culture can closely mimic the behavior of the extracellular matrix (ECM) by providing support and nutrients. Gelatin and sodium alginate are biomaterials widely used in culture since they are biocompatible and have low cytotoxicity. On the other hand, spheroids promote the formation of cell-cell interactions in all three dimensions, similar as how it is encountered in the physiology of organisms. The Alg-Gel matrices were characterized (Fourier transform spectrometry -FTIR-, morphology evaluation, swelling and degradation by gravimetry, sterility evaluation and cytotoxicity evaluation) and the spheroid culture in its pre and post encapsulation, (optical microscopy, fluorescence microscopy and MTT assay) in order to observe the behavior of these and the possible factors associated to the matrix that influence their growth and development. At the end, it had been shown that the Alg-Gel 80:20 matrix presented the highest percentage of swelling (34.91 %) demonstrating a possible greater presence of pores; in addition, it was evidenced that the cell culture medium affects the integrity of the matrices, making it difficult to manipulate them in the long term. It was able to identify that the average size of the spheroid’s pre- encapsulation was 181.85 ± 9.70 µm. Furthermore, it was observed that the MTT assay for the evaluation of the spheroids had low absorbances, even when it was a viable spheroid, since the formation of formazan crystals was evidenced, and its morphology was observed by scanning electron microscopy -SEM. The encapsulated spheroids in the Alg-Gel matrices were associated to a smaller size than the control (control = 211.55 ± 19.68 µm; 50:50 = 193.77 ± 18.67 µm; 70:30 = 191.20 ± 16.63; and 80:20 = 183.54 ± 19.14 µm). The decrease in size was related to the amount of Alg, which would provide the opportunity for a size-controlled spheroid culture depending on Alg ratio. All Alg-Gel matrices proved to be viable according to ISO 10993 for both direct and indirect cytotoxicity assays to spheroids, specially the Alg-Gel 80:20 matrix which represented a high viability in both cases, with percentages equivalent to 113.58 % (indirect) and 99.36 % (direct). These results suggest that the Alg-Gel 80:20 matrix may have a promising use for the encapsulation of spheroids; however, new approach should be performed concerning spheroid evaluation methods to corroborate the positive effect of Alg. In addition, the implementation of methods that improve the characteristics in the presence of the culture medium of the matrices, in general, is recommended.