Caracterización de andamios de seda fibroína electrohilados para ingeniería de tejidos óseo: una revisión

Silk Fibroin (SF) is a natural polymer obtained from the Bombyx mori silkworm. It has been used in bone tissue engineering thanks to its favorable biocompatibility, adhesion, low biodegradability, and tensile strength properties. Electrospinning is a technique to develop nanofibers. It uses high voltages to convert polymer solutions into porous nanostructured scaffolds with a good ratio between superficial area and volume. In this paper, we examine the effect of the electrospinning parameters on fiber morphology once the spun fibers have been treated. In addition, we present different physicochemical characterizations of electrospun SF scaffolds such as their morphology (via Scanning Electron Microscopic—SEM—), crystalline structure (via Fourier Transform Infrared—FTIR—spectroscopy and X-Ray Diffraction—XRD—), thermal characteristics (via Differential Scanning Calorimetry—DSC—and Thermogravimetric Analysis—TGA—), and mechanical properties (tensile strength). Finally, we discuss the potential applications and impacts of electrospun SF in bone tissue engineering and future research trends.La fibroína de seda es un polímero natural obtenido del gusano Bombyx mori, que se ha utilizado en la ingeniería de tejidos óseos debido a sus propiedades de biocompatibilidad, adhesión, baja biodegradabilidad y resistencia a la tracción. El electrohilado es una técnica para desarrollar nanofibras, utiliza altos voltajes para convertir soluciones de polímeros en andamios nanoestructurados, con porosidad, buena relación entre el área superficial y el volumen. En esta revisión examinamos los parámetros de electrohilado en la morfología de la fibra, después del tratamiento de las fibras hiladas. Además, presentamos diferentes caracterizaciones fisicoquímicas de andamios de fibroína de seda electrohilada como morfológico (microscopia electrónica de barrido - SEM), estructura cristalina (espectroscopia de transformada infrarroja de Fourier - FTIR, difracción de rayos X- XRD), análisis térmico (calorimetría diferencial de barrido- DSC, análisis termogravimétrico - TGA) y propiedades mecánicas (resistencia a la tracción). Finalmente, presentamos una discusión concerniente a las potenciales aplicaciones e impactos de la fibroína de seda electrohilada en la ingeniería del tejido óseo y las tendencias futuras

Electrospinning húmedo y sus aplicaciones: una revisión

In wet electrospinning, a natural or synthetic polymer solution is deposited on a non-solvent liquid coagulant used as collector. This technique can create 3D nanofiber scaffolds with better properties (e.g., porosity and high surface area) than those of traditional 2D scaffolds produced by standard electrospinning. Thanks to these characteristics, wet electrospinning can be employed in a wide range of tissue engineering and industrial applications. This review aims to broaden the panorama of this technique, its possible fields of action, and its range of common materials. Moreover, we also discuss its future trends. In this study, we review papers on this method published between 2017 and 2021 to establish the state of the art of wet electrospinning and its most important applications in cardiac, cartilage, hepatic, wound dressing, skin, neural, bone, and skeletal muscle tissue engineering. Additionally, we examine its industrial applications in water purification, air filters, energy, biomedical sensors, and textiles. The main results of this review indicate that 3D scaffolds for tissue engineering applications are biocompatible; mimic the extracellular matrix (ECM); allow stem cell viability and differentiation; and have high porosity, which provides greater cell infiltration compared to 2D scaffolds. Finally, we found that, in industrial applications of wet electrospinning: (1) additives improve the performance of pure polymers; (2) the concentration of the solution influences porosity and fiber packing; (3) flow rate, voltage, and distance modify fiber morphology; (4) the surface tension of the non-solvent coagulant on which the fibers are deposited has an effect on their porosity, compaction, and mechanical properties; and (5) deposition time defines scaffold thickness.  En el electrospinning húmedo, se deposita una solución de polímero natural o sintético sobre un coagulante líquido no disolvente utilizado como colector. Esta técnica puede crear andamios de nanofibras en 3D con mejores propiedades (por ejemplo, porosidad y alta superficie) que las de los andamios tradicionales en 2D producidos por electrospinning estándar. Gracias a estas características, el electrospinning húmedo puede emplearse en una amplia gama de aplicaciones industriales y de ingeniería de tejidos. Esta revisión pretende ampliar el panorama de esta técnica, sus posibles campos de actuación y su gama de materiales habituales. Además, también se discuten sus tendencias futuras. En este estudio, revisamos los artículos sobre este método publicados entre 2017 y 2021 para establecer el estado del arte del electrospinning húmedo y sus aplicaciones más importantes en ingeniería de tejidos cardíacos, cartilaginosos, hepáticos, apósitos para heridas, cutáneos, neuronales, óseos y musculares esqueléticos. Adicionalmente, examinamos sus aplicaciones industriales en la purificación del agua, los filtros de aire, la energía, los sensores biomédicos y los textiles. Los principales resultados de esta revisión indican que los andamios 3D para aplicaciones de ingeniería tisular son biocompatibles; imitan la matriz extracelular (MEC); permiten la viabilidad y diferenciación de las células madre; y tienen una alta porosidad, lo que proporciona una mayor infiltración celular en comparación con los andamios 2D. Por último, descubrimos que, en las aplicaciones industriales del electrospinning húmedo: (1) los aditivos mejoran el rendimiento de los polímeros puros; (2) la concentración de la solución influye en la porosidad y el empaquetamiento de las fibras; (3) la velocidad de flujo, el voltaje y la distancia modifican la morfología de las fibras; (4) la tensión superficial del coagulante no solvente sobre el que se depositan las fibras tiene un efecto sobre su porosidad, compactación y propiedades mecánicas; y (5) el tiempo de deposición define el espesor del andamio

Characterization of Electrospun Silk Fibroin Scaffolds for Bone Tissue Engineering: A Review

Silk Fibroin (SF) is a natural polymer obtained from the Bombyx mori silkworm. It has been used in bone tissue engineering thanks to its favorable biocompatibility, adhesion, low biodegradability, and tensile strength properties. Electrospinning is a technique to develop nanofibers. It uses high voltages to convert polymer solutions into porous nanostructured scaffolds with a good ratio between superficial area and volume. In this paper, we examine the effect of the electrospinning parameters on fiber morphology once the spun fibers have been treated. In addition, we present different physicochemical characterizations of electrospun SF scaffolds such as their morphology (via Scanning Electron Microscopic—SEM—), crystalline structure (via Fourier Transform Infrared—FTIR—spectroscopy and X-Ray Diffraction—XRD—), thermal characteristics (via Differential Scanning Calorimetry—DSC—and Thermogravimetric Analysis—TGA—), and mechanical properties (tensile strength). Finally, we discuss the potential applications and impacts of electrospun SF in bone tissue engineering and future research trends.La fibroína de seda es un polímero natural obtenido del gusano Bombyx mori, que se ha utilizado en la ingeniería de tejidos óseos debido a sus propiedades de biocompatibilidad, adhesión, baja biodegradabilidad y resistencia a la tracción. El electrohilado es una técnica para desarrollar nanofibras, utiliza altos voltajes para convertir soluciones de polímeros en andamios nanoestructurados, con porosidad, buena relación entre el área superficial y el volumen. En esta revisión examinamos los parámetros de electrohilado en la morfología de la fibra, después del tratamiento de las fibras hiladas. Además, presentamos diferentes caracterizaciones fisicoquímicas de andamios de fibroína de seda electrohilada como morfológico (microscopia electrónica de barrido - SEM), estructura cristalina (espectroscopia de transformada infrarroja de Fourier - FTIR, difracción de rayos X- XRD), análisis térmico (calorimetría diferencial de barrido- DSC, análisis termogravimétrico - TGA) y propiedades mecánicas (resistencia a la tracción). Finalmente, presentamos una discusión concerniente a las potenciales aplicaciones e impactos de la fibroína de seda electrohilada en la ingeniería del tejido óseo y las tendencias futuras