Este artículo selecciona 7 estudios originales publicados entre 2012 y 2024, que incluyen trabajos de equipos de China, Estados Unidos y México, así como colaboraciones internacionales, para realizar una revisión narrativa. El contenido se centra principalmente en la evidencia relativa a los materiales y al cultivo in vitro; algunos artículos también incluyen estudios animales, pero este texto no presenta los experimentos con células humanas como evidencia de eficacia clínica.
01Bases para cultivo celular y soportes tridimensionales: primero, definir qué se desea observar
Para desarrollar materiales de cultivo celular, primero debe definirse claramente el problema experimental: ¿se busca mejorar la adhesión inicial, observar la orientación y la migración, o permitir que las células penetren en una estructura de cierto espesor y depositen matriz? Estos objetivos corresponden a diferentes requisitos de porosidad, soporte y superficie. Los resultados del cultivo planar convencional y la distribución celular dentro de los andamios tridimensionales deben evaluarse por separado; no se puede afirmar que se ha logrado un cultivo tridimensional solo porque el andamio tenga un cierto espesor por su forma externa.3,4,5,6
| Requisitos del cultivo | Estructuras fibrosas susceptibles de análisis | Aspectos clave a observar |
|---|---|---|
| Cultivo planar y selección de materiales | Membranas de fibras aleatorias y membranas con superficie modificada | Adhesión, viabilidad, extensión y fenotipo objetivo de las células 1,2 |
| Células y tejido de matriz orientados | Fibras alineadas y estructuras compuestas con componentes eliminables | Dirección de alineación, infiltración y distribución de la matriz 5 |
| Cultivo celular tridimensional | Fibras multiescala, mallas escritas directamente y andamios esponjosos | Distribución interna de las células, conectividad de los poros y mantenimiento de la forma 3,4,6 |
En este contexto, «andamio tisular universal» se refiere a una plataforma de materiales que puede adaptarse a diferentes células y objetivos experimentales; no implica que una única fórmula sea adecuada para todos los tejidos. Los investigadores deben seguir especificando el origen celular, las condiciones de cultivo, la duración del cultivo y las funciones que desean preservar o inducir.1,2,3,4,5,6,7
02Del material a la estructura porosa: qué variables pueden ajustarse mediante electrohilado
El electrohilado permite fabricar fibras a partir de polímeros sintéticos y componentes como proteínas; también es posible preparar primero un esqueleto y luego realizar una fijación superficial o un posprocesamiento. La mezcla no solo modifica la composición, sino que también puede alterar simultáneamente el estado de la solución, el tamaño de las fibras y la humectación. Por tanto, al comparar dos fórmulas, los cambios estructurales deben analizarse junto con los resultados celulares.1,2,3,7
En cuanto a la estructura, pueden analizarse el grosor de las fibras, su disposición aleatoria u ordenada, la coexistencia de fibras de distintas escalas y el apilamiento de capas de mallas. Las fibras más finas favorecen la formación de una amplia interfaz de contacto, pero un empaquetamiento denso puede limitar la penetración celular hacia el interior. El diseño del andamio debe encontrar una combinación adecuada de área de contacto, porosidad, soporte y comportamiento celular para cada proyecto.3,4,5
03Interfaz de adhesión celular: mezcla con proteínas y posmodificación del colágeno
Mezcla de queratina de lana con PCL
Wu y otros, en el año 2018, extrajeron queratina regenerada de lana, la mezclaron con PCL y la electrohilaron, y compararon la humectación, la degradación y el comportamiento en cultivo celular de distintas proporciones. El experimento con fibroblastos de ratón durante 7 días mostró que los sistemas que contenían queratina mejoraban la adhesión y la viabilidad celulares. Esto indica que las proteínas naturales pueden emplearse como componentes para modular la interfaz de contacto de los polímeros sintéticos, sin necesidad de que asuman por sí solas las funciones de fibrilación y soporte.1
Los resultados de este estudio proceden de un método específico de tratamiento de la queratina, del sistema PCL y de un modelo celular. Si se cambian el origen de las materias primas o el procedimiento de extracción, el comportamiento fibrilar y celular de la fórmula deberá volver a verificarse; no se puede equiparar directamente «origen natural» con una buena compatibilidad en todas las aplicaciones posibles.1
Primero se hilaza el esqueleto de PVA y luego se une el colágeno
El equipo mexicano Pérez-Nava y otros, en su estudio del año 2023, optaron por un enfoque alternativo: primero prepararon nanofibras de alcohol polivinílico (PVA) y, mediante una reacción posterior, inmovilizaron colágeno en la superficie. Combinando caracterización química, ensayos mecánicos en estado seco y húmedo, y cultivo de células HEK-293, observaron una mejora de la biocompatibilidad tras la funcionalización superficial. Esto demuestra que los componentes biológicos no necesariamente deben someterse al mismo disolvente de hilado ni al mismo proceso de formación de fibras, sino que también pueden introducirse después de conformar la estructura.2
Para el desarrollo de muestras, esto permite separar dos variables que pueden compararse de forma independiente: «cómo estabilizar la formación de la película» y «con qué superficie entran en contacto las células». Durante la posmodificación, también debe rastrearse el grado de enlace, así como el mantenimiento tras el lavado y en estado húmedo, para evitar concluir que se ha formado una capa funcional estable en la superficie solo porque se haya añadido colágeno a la solución.2
04Permitir la penetración celular: fibras multiescala, escritura directa y componentes eliminables
Las fibras micrométricas proporcionan espacio; las nanofibras proporcionan contacto
Li et al. 2016 emplearon electrohilado sin aguja mediante disco para comparar la estructura a nanoescala de la gelatina PCL/ con estructuras multiescala micro-nano. Los andamios multiescala presentaban poros más grandes, y los cultivos de fibroblastos de ratón y células estromales de médula ósea de rata mostraron una mejor proliferación y penetración interna. Este estudio separó la «uniformidad de las fibras» de la «adecuación de la estructura de cultivo»: no todas las aplicaciones requieren fibras completamente uniformes.3
Disponer la ubicación de los poros mediante escritura directa de campo cercano
He et al. 2018 emplearon escritura directa por electrohilado de campo cercano para fabricar mallas y apilarlas capa por capa, construyendo andamios de hidroxiapatita PCL/ con un diámetro medio de poro de aproximadamente 167 micrómetros. Las células preosteoblásticas de ratón MC3T3-E1 fueron capaces de adherirse, proliferar y mostrar cambios relacionados con la diferenciación dentro de la estructura tridimensional. Esto proporciona un método para andamios de cultivo que requieren una disposición porosa definible, aunque dicho diámetro de poro no constituye un estándar universal para todas las células.4
Eliminar parte de las fibras para dejar canales de penetración interna
Baker et al. 2012 recogieron conjuntamente fibras de PCL, de degradación más lenta, con fibras solubles de polioxietileno (PEO) y, posteriormente, eliminaron el PEO. El cultivo con células procedentes de menisco humano mostró que aumentar la proporción de componentes eliminables mejoraba la distribución interna de las células y la matriz, mientras que las fibras alineadas conservadas seguían proporcionando pistas de orientación. El estudio también observó que la tracción celular podía deformar estructuras más laxas, por lo que se empleó fijación perimetral en los cultivos a largo plazo. Los resultados in vitro obtenidos con células humanas no equivalen a los efectos de la implantación en pacientes.5
05Forma tridimensional y estabilidad en estado húmedo: incorporar realmente la muestra en el proceso de cultivo
Gao et al. 2018 colocaron membranas electrohiladas en moldes impresos con 3D y, mediante un proceso de espumación, obtuvieron andamios estratificados y esponjosos con una forma predeterminada, para luego realizar evaluaciones celulares in vitro. También emplearon bioimpresión para disponer las células en posiciones iniciales y observaron su migración desde el hidrogel hacia el andamio. Esto ilustra una combinación de electrohilado, moldes y métodos de disposición celular, útil para inspirar diseños de cultivo que requieran tanto una forma específica como una distribución espacial controlada.6
Gu et al. 2024 se centraron, en cambio, en un problema más habitual: la contracción de los andamios de fibras de PLGA al introducirlos en el entorno de cultivo. Introdujeron PCL y fibroína de seda en PLGA y evaluaron por separado la estabilidad dimensional, la humectación, la degradación in vitro y la proliferación celular. Los resultados respaldan el uso de componentes compuestos para mejorar la estabilidad dimensional en estado húmedo y la respuesta celular, lo que demuestra que mantener la forma de la muestra forma parte del desarrollo de la plataforma de cultivo.7
Estos dos estudios responden a necesidades distintas: el primero construye activamente una geometría tridimensional, mientras que el segundo reduce las deformaciones no deseadas durante el uso. Al realizar la selección, debe determinarse primero si se necesita una deformación libre, la fijación en un marco de cultivo o la combinación con otros esqueletos, y solo después abordarse el método de recogida y el posprocesamiento.6,7
06¿Qué significa exactamente «eficaz» en los experimentos celulares?
La tinción de viabilidad, las mediciones metabólicas, el recuento celular, la profundidad de penetración y los marcadores funcionales no responden a la misma pregunta. Un aumento del número de células puede ser útil en estudios de expansión, pero si el objetivo es mantener un fenotipo específico, también deben evaluarse la morfología, la expresión o la función. Al comparar estudios, también deben considerarse el origen celular, la densidad de siembra, la duración del cultivo y los controles, en lugar de clasificar directamente los materiales según un único porcentaje de proliferación.1,2,3,4,5,6,7
Las líneas celulares humanas o las células procedentes de tejidos humanos siguen siendo válidas para estudios in vitro; ello no implica que puedan calificarse como ensayos clínicos en humanos. Los materiales y los resultados de cultivo citados en este texto sirven principalmente para identificar estructuras y variables experimentales susceptibles de estudio; no demuestran por sí solos que se haya formado tejido implantable, y mucho menos que se haya restablecido la función de un órgano.2,5,6
07De una simple membrana experimental a muestras de cultivo comparables
Al comunicar los requisitos de preparación, se pueden indicar primero el tipo celular, el propósito del cultivo y la morfología de la muestra: discos colocados en pocillos de cultivo, membranas alineadas fijadas a un soporte, andamios en forma de malla o estructuras tridimensionales de un grosor determinado. A continuación, deben especificarse la orientación de las fibras, el grosor o la densidad superficial, los poros efectivos, el lugar de muestreo y las dimensiones en estado húmedo, de modo que la configuración del equipo responda a los objetivos medibles.
Las membranas aleatorias suelen centrarse en un suministro estable de líquido y una recolección uniforme; las disposiciones ordenadas requieren prestar atención al método de recolección y a la coherencia direccional; la escritura directa en campo cercano exige controlar las trayectorias y el apilamiento entre capas; en las estructuras con funcionalización superficial o espumadas, además, el posprocesamiento debe incluirse en el registro del lote. En los grupos de control, se debe modificar únicamente la variable clave estudiada, evitando cambios simultáneos en la formulación, el grosor de la membrana y las condiciones de cultivo, que impedirían interpretar los resultados.
Antes de realizar los experimentos celulares definitivos, debe confirmarse si las etapas de limpieza, eliminación de residuos, esterilización o desinfección, prehumectación y fijación alteran el material. Las preparaciones de mayor superficie facilitan el corte de muestras en serie, pero aun así es necesario comparar la estructura de las fibras y la respuesta celular entre distintas ubicaciones y lotes. La repetibilidad del proceso del equipo y la repetibilidad del experimento biológico deben vincularse mediante este registro común de muestras.2,3,4,5,6,7
08Problemas habituales en el desarrollo de membranas fibrosas para cultivo celular
¿Son siempre mejores los resultados del cultivo celular cuanto más finas son las fibras?
No necesariamente. Las fibras finas pueden proporcionar una interfaz de contacto, pero una estructura demasiado densa puede impedir que las células penetren en el interior. Los estudios sobre fibras multiescala y mallas escritas directamente sugieren que la estructura debe elegirse según el objetivo, ya sea el cultivo superficial o el tridimensional.3,4,5
¿Es imprescindible añadir colágeno u otras proteínas directamente a la solución de electrohilado?
No necesariamente. La copurificación y la modificación superficial posterior son dos vías distintas. Es necesario considerar las condiciones de tratamiento de la proteína, su capacidad para formar fibras, su presentación superficial y su estabilidad en estado húmedo, y comparar qué vía se adapta mejor al experimento previsto.1,2
¿Puede una membrana común obtenida por electrohilado denominarse directamente andamio para cultivo tridimensional?
Debe observarse si las células penetran a lo largo del grosor y si en el interior se forma una distribución reproducible y presenta el comportamiento deseado. El hecho de que el andamio sea grueso o que aparezcan poros en las micrografías no permite responder de forma independiente a estas cuestiones.3,4,5,6
Referencias
A continuación se presentan los estudios originales empleados en este artículo, resumidos de forma independiente por TONGLI. La interpretación de la literatura no implica que los autores de los artículos, las instituciones de investigación o TONGLI mantengan relaciones de compra de equipos o cooperación. El alcance concreto de la lectura se detalla en las observaciones correspondientes a cada referencia bibliográfica.
Las referencias bibliográficas conservan el idioma original para facilitar su consulta.
Wu P, Dai X, Chen K, Li R, Xing Y. Fabrication of regenerated wool keratin/polycaprolactone nanofiber membranes for cell culture. International Journal of Biological Macromolecules. 2018;114:1168–1173.
DOI：10.1016/j.ijbiomac.2018.03.157 ↗Ámbito de lectura: texto original completo local y verificación del resumen y la bibliografía de PubMed
Pérez-Nava A, Espino-Saldaña AE, Pereida-Jaramillo E, et al. Surface collagen functionalization of electrospun poly(vinyl alcohol) scaffold for tissue engineering. Process Biochemistry. 2023;126:1–14.
DOI：10.1016/j.procbio.2022.12.022 ↗Ámbito de lectura: texto original completo local y verificación de los registros de publicaciones de la institución del autor
Li D, Chen W, Sun B, et al. A comparison of nanoscale and multiscale PCL/gelatin scaffolds prepared by disc-electrospinning. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2016;146:632–641.
DOI：10.1016/j.colsurfb.2016.07.009 ↗Ámbito de lectura: texto original completo local y verificación del resumen y la bibliografía de PubMed
He FL, Li DW, He J, et al. A novel layer-structured scaffold with large pore sizes suitable for 3D cell culture prepared by near-field electrospinning. Materials Science and Engineering C. 2018;86:18–27.
DOI：10.1016/j.msec.2017.12.016 ↗Ámbito de lectura: texto original completo local y verificación del resumen y la bibliografía de PubMed
Baker BM, Shah RP, Silverstein AM, et al. Sacrificial nanofibrous composites provide instruction without impediment and enable functional tissue formation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA. 2012;109:14176–14181.
DOI：10.1073/pnas.1206962109 ↗Ámbito de lectura: resumen y sección de resultados del artículo original de PMC; sección de este artículo relativa al cultivo in vitro de células derivadas de menisco citadas por el autor
Gao Q, Gu H, Zhao P, et al. Fabrication of electrospun nanofibrous scaffolds with 3D controllable geometric shapes. Materials & Design. 2018;157:159–169.
DOI：10.1016/j.matdes.2018.07.042 ↗Ámbito de lectura: texto original completo local y verificación del resumen y la bibliografía de la revista
Gu P, Mao Y, Lu W, Chen W. Silk fibroin incorporated electrospun aliphatic polyester nanofiber scaffolds with excellent dimensional stability and cytocompatibility. European Polymer Journal. 2024;211:113039.
DOI：10.1016/j.eurpolymj.2024.113039 ↗Ámbito de lectura: texto original completo local y verificación del resumen original y las conclusiones de la revista
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