Biodegradable soy protein-based tablets for the controlled release of zinc

[EN] Controlled-release systems are gaining interest in the horticultural industry to supply fertilizers to crops. However, their manufacturing process increases their cost, making its industrialization difficult. In this context, compaction of powders could be a low-cost and easily industrializable alternative. Thus, the main objective of this work was the manufacture of soy protein-based tablets with zinc (micronutrient) incorporated using different compaction parameters (pressure: 333, 416 and 777 MPa; post-manufacture heat treatment: 4 and 24 h). Thus, the mechanical (dynamic compression tests) and microstructural properties (SEM and grain number) of the different tablets were evaluated to study the effect of pressure and temperature on them. In addition, water uptake capacity and micronutrient release were studied. The latter has been analyzed with the use of two theoretical models (Higuchi and Korsmeyer-Peppas) to evaluate which model is the most accurate for predicting the zinc release of the different tablets. The results presented in this work demonstrate the great utility of soy protein-based tablets for the controlled release of zinc. Thus, this process allows the incorporation of 116 g of Zn in a kg product that can be released under control (9–10 h in water). These products have great industrial potential due to their ease of processing and properties, making them economically competitive.SIPublicación en abierto financiada por el Consorcio de Bibliotecas Universitarias de Castilla y León (BUCLE), con cargo al Programa Operativo 2014ES16RFOP009 FEDER 2014-2020 DE CASTILLA Y LEÓN, Actuación:20007-CL - Apoyo Consorcio BUCL

Desarrollo de andamios biodegradables mediante bioimpresión 3D

A lo largo de la historia, se han desarrollado diferentes técnicas para la elaboración de andamios para Ingeniería Tisular. No obstante, en estudios recientes se ha realzado el uso de la bioimpresión 3D para esta aplicación debido a su facilidad para definir la estructura del material garantizando su reproducibilidad. Por tanto, en el presente trabajo se ha desarrollado un dispositivo, consistente en tres partes, para la inclusión de andamios de colágeno en biorreactores. Este dispositivo se compone de un soporte de policaprolactona (PCL) sobre la que se deposita una matriz de gelatina (GE) y finalmente, en la parte superior, un andamio de colágeno (C). De esta forma, se evaluaron las propiedades mecánicas y morfológicas de cada una de las partes. Los resultados obtenidos han demostrado el gran potencial de esta técnica para el desarrollo de andamios para Ingeniería Tisular, siendo un gran avance para su aplicación.MICINN (España) RTI2018-097100- B-C21Universidad de Sevilla (Spain) Plan VI (VPPI-US)Universidad de Sevilla (Spain) FPU17/0171

Biomateriales: desarrollo de andamios para ingeniería de tejidos

El presente trabajo se centra en el desarrollo de andamios basados en colágeno (C) y/o quitosano (CH) mediante variaciones del método de fabricación basado en la creación de hidrogeles y posterior secado por liofilización. Con objeto de evaluar la composición y el método de fabricación de los andamios, se evalúan sus propiedades mecánicas mediante barridos de deformación y de frecuencia, así como su estructura y disposición de las fibras mediante porosimetría y microscopía electrónica de barrido (SEM). Los resultados obtenidos demuestran que las propiedades de los andamios experimentan una fuerte dependencia tanto con la proporción de las materias primas (C y CH), así como con el método de fabricación. De hecho, se encuentra que se produce una sinergia relevante cuando se emplean sistemas con la misma proporción de colágeno y quitosano en su composición.The present work focuses on the development of scaffolds based on collagen (C) and / or chitosan (CH) by variations of the manufacturing method by creation of hydrogels and subsequent freeze-drying. To evaluate the composition and method of manufacture of the scaffolding, its mechanical properties are evaluated by deformation and frequency sweeps, as well as its structure and arrangement of the fibers by means of porosimetry and scanning electron microscopy (SEM). The results obtained show that the properties of the scaffolds experience a strong dependence both with the proportion of the raw materials (C and CH), as well as with the manufacturing method. In fact, it is found that a relevant synergy occurs when systems with the same proportion of collagen and chitosan in their composition are used.Ministerio de Economía, Industria y Competitividad (España)/ / FEDER (UE) CTQ2015-71164PUniversidad de Sevilla Beca predoctoral del V Plan Propio (VPPI-US

Biocompatible and Thermoresistant Hydrogels Based on Collagen and Chitosan

Hydrogels are considered good biomaterials for soft tissue regeneration. In this sense, collagen is the most used raw material to develop hydrogels, due to its high biocompatibility. However, its low mechanical resistance, thermal stability and pH instability have generated the need to look for alternatives to its use. In this sense, the combination of collagen with another raw material (i.e., polysaccharides) can improve the final properties of hydrogels. For this reason, the main objective of this work was the development of hydrogels based on collagen and chitosan. The mechanical, thermal and microstructural properties of the hydrogels formed with different ratios of collagen/chitosan (100/0, 75/25, 50/50, 25/75 and 0/100) were evaluated after being processed by two variants of a protocol consisting in two stages: a pH change towards pH 7 and a temperature drop towards 4 °C. The main results showed that depending on the protocol, the physicochemical and microstructural properties of the hybrid hydrogels were similar to the unitary system depending on the stage carried out in first place, obtaining FTIR peaks with similar intensity or a more porous structure when chitosan was first gelled, instead of collagen. As a conclusion, the synergy between collagen and chitosan improved the properties of the hydrogels, showing good thermomechanical properties and cell viability to be used as potential biomaterials for Tissue Engineering.Ministerio de Ciencia e Innovación RTI2018-097100-B-C2

Estudio de colágeno y gelatina como potenciales materias primas para ingeniería tisular

La Ingeniería de Tejidos es una disciplina biomédica que consta de tres elementos principales: células, factores de crecimiento y andamios. Para la elaboración de los andamios hay que considerar tanto el proceso de fabricación como las características de la materia prima utilizada. Dentro de este contexto, el objetivo principal de este trabajo fue la caracterización fisicoquímica de diferentes materias primas (concentrados proteicos de gelatina y colágeno tipo I) que se usan normalmente para la elaboración de andamios. Así, se evaluó desde su punto isoeléctrico hasta su composición química y aminoacídica. Los resultados demostraron que las proteínas analizadas presentan un alto contenido proteico (superior al 80% en peso), con un contenido aminoacídico típico de colágeno, presentando potenciales cualidades para su uso en la elaboración de andamios.MICINN (España) RTI2018-097100- B-C21Universidad de Sevilla (España) Plan VI (VPPI-US

Biomaterials: Scafolds Development for Tissue Engineering

La Ingeniería Tisular se define como la ciencia del diseño y fabricación de nuevos tejidos. Es un campo multidisciplinar que precisa de la combinación de la biología (encargada de la tecnología de células cultivadas junto con factores de crecimiento), con la ingeniería de materiales (cuyo fin es el desarrollo de estructuras 3D denominadas andamios) para su implementación en medicina regenerativa. En este sentido, en el presente trabajo se desarrolla un dispositivo formado por un soporte de policaprolactona (PCL) sobre la que se deposita una matriz de gelatina (GE) y, finalmente, en la parte superior, se bioimprime un andamio de base colágeno (C) junto con una colonia de células. Una vez elaborado el dispositivo a 22 ºC, se desecha la matriz de gelatina en una etapa de incubación a 37 ºC, quedando por lo tanto el andamio (C) depositado sobre el soporte de PCL, finalmente el conjunto PCL-andamio es llevado a una etapa en un biorreactor para favorecer el crecimiento celular. A este dispositivo se le evalúan las propiedades mecánicas y microestructurales, además de realizar estudios de viabilidad celular, permitiendo dar un paso más en su aplicación en Ingeniería Tisular para la reconstrucción de tejido muscular.Tissue Engineering is defined as the science of design and manufacture of new tissues. It is a multidisciplinary field that requires the combination of biology (responsible for the technology of cultured cells together with growth factors), with materials engineering (whose purpose is the development of 3D structures called scaffolds) for their implementation in regenerative medicine. In this sense, in the present work a device formed by a polycaprolactone (PCL) support was developed on which a gelatin matrix (GE) is deposited and, finally, on the top, a collagen-based scaffold (C) is bioprinted together with a colony of cells. Once the device has been prepared at 22 °C, the gelatin matrix is discarded in an incubation stage at 37 °C, leaving the scaffold (C) deposited on the PCL support. Finally, the PCL-scaffold assembly is taken to a stage in a bioreactor to promote cell growth. This device is mechanically and microstructurally evaluated, together with cell viability studies, considered as one step further in its application in Tissue Engineering for the reconstruction of muscle tissue.MICINN (España) RTI2018-097100-B-C21Ministerio de Universidades (España) FPU2017/01718-MEF

Influence of the moulding temperature in pea and soy protein-based bioplastics

La elaboración de bioplásticos a partir de polímeros renovables, como las proteínas, es un campo de enorme potencial para aplicaciones industriales como el envasado, la agricultura, etc. Este estudio evalúa dos materias primas diferentes para elaborar estos bioplásticos mediante moldeo por inyección: aislado de proteína de soja (SPI) y aislado de proteína de guisante (PPI). Ambas proteínas son subproductos, lo que abarata el precio de los bioplásticos procesados. Sin embargo, es necesario controlar sus propiedades durante el procesado para que puedan reemplazar los plásticos convencionales. De esta forma, el objetivo principal de este trabajo es comparar las propiedades de los bioplásticos SPI y PPI procesados a diferentes temperaturas de molde (70 y 130 ºC). Por lo tanto, se evaluaron las propiedades mecánicas, la transparencia y la capacidad de absorción de agua. Los resultados muestran el potencial de estas materias primas para obtener bioplásticos que pueden reemplazar al plástico convencional, aunque es necesario elegir las condiciones de procesamiento correctas para obtener las propiedades finales deseadas.The elaboration of bioplastics from renewable polymers, such as proteins, is a field with high potential for industrial applications such as packaging, agriculture, etc. This study evaluates two different raw materials to elaborate these bioplastics by injection molding: soy protein isolate (SPI) and pea protein isolate (PPI). Both proteins are by-products, which would lower the price of processed bioplastics. However, it is necessary to control their properties in the production, so that they can replace conventional plastics. In this way, the main objective of this work was to compare the properties of SPI and PPI bioplastics processed at different mold temperatures (70 and 130 ºC). Thus, mechanical properties, transparency and water uptake capacity were evaluated. The results show the potential of these raw materials to obtain bioplastics that can replace conventional plastics, although it is necessary to choose the correct processing conditions to obtain the desired final properties.MICINN (España) RTI2018-097100- B-C21Ministerio de Universidades (España) FPU2017/01718-MEF

Emulsiones aceite-en-agua basadas en proteínas de garbanzo

Las emulsiones aceite-en-agua han sido habitualmente estabilizadas usando proteína de huevo. Sin embargo, en los últimos años se ha incrementado considerablemente el uso de proteínas vegetales para reemplazar a las proteínas de origen animal. Esta tendencia es debida a los nuevos hábitos alimentarios de los consumidores, que demandan una mayor presencia de proteínas de origen vegetal. Por otro lado, la incorporación de sustancias bioactivas a estas nuevas emulsiones responde a una línea comercial emergente que tiene como base el concepto de “nutrición saludable”, cuestión en la que se halla cada vez más interesada un mayor número de personas. El trabajo presentado abordó la evaluación del uso de proteína de garbanzo como agente emulsificante para la formulación y optimización de emulsiones de aceiteen- agua. También se evaluó el efecto de la concentración de proteína y el pH de la emulsión sobre la estabilidad de la emulsión. Para ello, se usó harina y concentrado proteico de garbanzo en diferentes concentraciones (2, 4 y 6 % p/p) y se eligieron valores de pH (2,5 y 8) para elaborar las emulsiones (10% aceite, 90% agua). Para favorecer la estabilidad de la emulsión se incorporó goma xantana y, una vez obtenida la pre-emulsión, se finalizó la preparación de las mismas usando un homogeneizador de alta presión. Las emulsiones preparadas se caracterizaron mediante distribución del tamaño de gota, potencial Z, e índice de estabilidad, siendo también evaluadas sus propiedades reológicas. Las mejores propiedades se correspondieron con la emulsión preparada a pH2 con un 4% p/p de concentrado proteico de garbanzo y 0.01% p/p de goma xantana. Los resultados presentados revelan un gran potencial de uso para la elaboración de nuevas emulsiones basadas en legumbres como ingrediente proteico en sustitución de las proteínas de origen animal

Fructose crosslinked scaffolds obtained with collagen via freeze-drying for Tissue Engineering

La Ingeniería de Tejidos ha propiciado el desarrollo de andamios con mejores propiedades que pueden cumplir su propósito de una mejor regeneración de tejidos, mejorando consecuentemente la calidad de vida de las personas. Los andamios son matrices cuya función principal es dar soporte a la adhesión celular y su posterior crecimiento, lo que lleva a la regeneración del tejido dañado. El colágeno es una de las proteínas más abundantes en animales y biopolímero ampliamente utilizado en Ingeniería de Tejidos, por su estructura, biocompatibilidad y la facilidad de su modificación y procesabilidad. En este estudio se prepararán y caracterizarán andamios de colágeno con diferentes concentraciones y técnicas de procesamiento, mediante la obtención de hidrogeles y aerogeles, atendiendo especialmente a su morfología y propiedades mecánicas. Además, se utilizó fructosa como agente químico de entrecruzamiento para estudiar su influencia en las propiedades de los andamios. Los resultados obtenidos revelaron que los andamios con mayores concentraciones de colágeno eran más rígidos y deformables. Comparando ambos sistemas, los aerogeles eran más rígidos pero los hidrogeles, aunque más deformables y con mayor homogeneidad de tamaño de poro. La adición de fructosa produjo un ligero aumento de la deformación crítica, junto con un aumento del módulo elástico.Tissue Engineering has led to the development of this field by designing scaffolds with better properties that can fulfill its purpose of better tissue regeneration, consequently improving people’s quality of life. Scaffolds are matrix, predominantly composed by polymeric materials, which main function is giving support to cell adhesion and the subsequently growth, leading to the regeneration of the damaged tissue. Collagen is one of the most abundant proteins in animals and widely used biopolymer in Tissue Engineering, due to its structure, biocompatibility and the ease of its modification and processability. In this study, collagen scaffolds with different concentrations and processing techniques, by obtaining hydrogels and aerogels, will be prepared and then characterized, specially looking at its morphology and mechanical properties. Moreover, fructose was added as a chemical crosslinking agent to study the influence on scaffolds’ properties. The results obtained revealed that scaffolds with higher collagen concentrations were stiffer and more deformable. Comparing both systems, aerogels were stiffer but hydrogels were more deformable and with higher pore size homogeneity. Fructose addition produced a slight increase in the critical strain, together with an increase in the elastic modulus.MINECO/AEI/FEDER, EU RTI2018-097100-B-C21Ministerio de Educación y Formación Profesional FPU2017/0171

Development of biodegradable scaffolds via phase separation with potential application in Tissue Engineering

El presente trabajo se centra en el desarrollo de andamios basados en colágeno y quitosano utilizando diferentes métodos de fabricación derivados de la creación de hidrogeles y secado por liofilización. Los andamios se realizarán mediante 3 procesados diferentes y con un 1% en peso de biopolímeros (colágeno y/o quitosano). Con objeto de evaluar la composición y el método de fabricación de los andamios, (1) se evalúan sus propiedades mecánicas para conocer: (2) sus propiedades reológicas mediante barridos de deformación y de frecuencia, su porosidad mediante un modelo analítico y un porosímetro de mercurio, (3) así como su estructura y disposición de las fibras mediante microscopia electrónica de barrido. Los resultados que se obtienen demuestran que las propiedades de los andamios experimentan una fuerte dependencia con la proporción de las materias primas usadas, así como del método de fabricación. Además, se produce un efecto sinérgico al emplear colágeno y quitosano en un ratio 1:1 en su composición, así como al aplicar temperatura ya que está favorece la solubilización de los biopolímeros y su interacción durante el mezclado.The present work focuses on the development of scaffolds based on collagen and chitosan using different processing methods derived from the fabrication of hydrogels and freeze-drying. The scaffolds were produced using 3 different processes and with 1 wt.% of two different biopolymers (collagen and/or chitosan). In order to evaluate the composition and manufacturing method of scaffolding, their mechanical properties were evaluated to determine: (1) their rheological properties through strain and frequency sweeps, (2) their porosity through an analytical model and a mercury porosimeter, and (3) their structure and fiber arrangement by scanning electron microscopy. The results obtained reveal that the properties of the scaffolds were strongly dependent on both the proportion of the raw materials used and the processing method. Furthermore, it was found that a synergic effect occurs when collagen and chitosan in a 1:1 ratio are used in their composition, and also when temperature is increased, thus the solubilization of biopolymers and their interaction during mixing is favored