La nanotopografía se refiere a características específicas de la superficie que se forman o se generan a escala nanoscópica . Si bien el término puede usarse para describir una amplia gama de aplicaciones que van desde circuitos integrados hasta microfluidos , en la práctica se aplica típicamente a superficies texturizadas submicrónicas como se usa en la investigación de biomateriales .
En naturaleza
Se han identificado en la naturaleza varias nanotopografías funcionales. Se ha entendido que ciertas superficies como la de la hoja de loto aplican texturas a nanoescala para procesos abióticos como la autolimpieza. [1] Las aplicaciones biomiméticas de este descubrimiento han llegado desde entonces a los productos de consumo. En 2012, se reconoció que las nanotopografías en la naturaleza también se utilizan con fines antibióticos. El ala de la cigarra , cuya superficie está cubierta de pilares a nanoescala, induce la lisis de las bacterias. Si bien no se observó que los nanopilares evitaran la adhesión celular, actuaron mecánicamente para estirar las membranas microbianas hasta romperlas. Las pruebas in vitro del ala de la cigarra demostraron su eficacia contra una variedad de cepas bacterianas. [2]
Fabricación
Hay numerosas tecnologías disponibles para la producción de nanotopografía. Las técnicas de alto rendimiento incluyen la funcionalización con plasma , el granallado y el grabado . Aunque son de bajo costo, estos procesos están limitados en el control y la replicabilidad del tamaño y la geometría de las características. [3] Existen técnicas que permiten una mayor precisión de características, entre ellas la litografía por haz de electrones y la deposición de partículas , pero son más lentas y requieren más recursos en comparación. Alternativamente, se pueden utilizar procesos como el autoensamblaje molecular que proporcionan un nivel mejorado de velocidad de producción y control de características.
Aplicaciones a la medicina
Aunque los efectos de la nanotopografía sobre el comportamiento celular solo se han reconocido desde 1964, algunas de las primeras aplicaciones prácticas de la tecnología se están realizando en el campo de la medicina. [4] Entre las pocas aplicaciones clínicas se encuentra la funcionalización de superficies de implantes de titanio con nanotopografía, generadas con grabado por inmersión y chorro de arena. Esta tecnología ha sido el punto focal de un cuerpo diverso de investigación destinado a mejorar la integración posoperatoria de ciertos componentes del implante. El determinante de la integración varía, pero como la mayoría de los implantes de titanio están orientados a la ortopedia, la osteointegración es el objetivo dominante del campo.
Aplicaciones a la ingeniería celular
La nanotopografía se aplica fácilmente al cultivo celular y se ha demostrado que tiene un impacto significativo en el comportamiento celular en diferentes linajes . [4] Las características del sustrato en el régimen de nanoescala hasta el orden de 9 nm pueden conservar algún efecto. Sometidas únicamente a señales topográficas, una amplia variedad de células demuestran respuestas que incluyen cambios en el crecimiento celular y la expresión génica . [5] Ciertos patrones pueden inducir a las células madre a diferenciarse por vías específicas. [6] Los resultados notables incluyen la inducción osteogénica en ausencia de componentes del medio [7] , así como la alineación celular casi total como se ve en el músculo liso . [8] El potencial de las señales topográficas para cumplir funciones que de otro modo requerirían componentes de medios basados en xeno ofrece una alta traducibilidad a aplicaciones clínicas, ya que la regulación y los costos relacionados con los productos derivados de animales constituyen un obstáculo importante en una serie de tecnologías relacionadas con las células.
Referencias
- ^ Feng, L; et al. (2002). "Superficies superhidrofóbicas: de lo natural a lo artificial". Materiales avanzados . 14 (24): 1857–1860. doi : 10.1002 / adma.200290020 .
- ^ Ivanova, Elena P .; Hasan, Jafar; Webb, Hayden K .; Truong, Vi Khanh; Watson, Gregory S .; Watson, Jolanta A .; Baulin, Vladimir A .; Pogodin, Sergey; Wang, James Y .; Tobin, Mark J .; Löbbe, Christian; Crawford, Russell J. (2012). "Superficies bactericidas naturales: ruptura mecánica de células de Pseudomonas aeruginosa por alas de cigarra". Pequeño . 8 (16): 2489–2494. doi : 10.1002 / smll.201200528 . ISSN 1613-6810 . PMID 22674670 .
- ^ Stevens, B; et al. (2008). "Una revisión de materiales, métodos de fabricación y estrategias utilizadas para mejorar la regeneración ósea en tejidos óseos diseñados". Revista de investigación de materiales biomédicos Parte B: Biomateriales aplicados . 85 (2): 573–582. doi : 10.1002 / jbm.b.30962 . PMID 17937408 .
- ^ a b Curtis, ASG; Varde M (1964). "Control del comportamiento celular: factores topológicos". Revista del Instituto Nacional del Cáncer . 33 (1): 15-26. doi : 10.1093 / jnci / 33.1.15 . PMID 14202300 .
- ^ Le Guehennec, L; et al. (2007). "Tratamientos superficiales de implantes dentales de titanio para una rápida osteointegración". Materiales dentales . 23 (7): 844–854. doi : 10.1016 / j.dental.2006.06.025 . PMID 16904738 .
- ^ McNamara, LE; McMurray, RJ; Biggs, MJP; Kantawong, F .; Oreffo, República de China; Dalby, MJ (2010). "Control nanotopográfico de la diferenciación de células madre" . Revista de ingeniería de tejidos . 1 (1): 120623. doi : 10.4061 / 2010/120623 . ISSN 2041-7314 . PMC 3042612 . PMID 21350640 .
- ^ Dalby, Matthew J .; Gadegaard, Nikolaj; Tara, Rahul; Andar, Abhay; Riehle, Mathis O .; Herzyk, Pawel; Wilkinson, Chris DW; Oreffo, Richard OC (2007). "El control de la diferenciación de células mesenquimales humanas mediante simetría y desorden a nanoescala". Materiales de la naturaleza . 6 (12): 997–1003. Código Bibliográfico : 2007NatMa ... 6..997D . doi : 10.1038 / nmat2013 . ISSN 1476-1122 . PMID 17891143 .
- ^ Yim, Evelyn KF; Querido, Eric M .; Kulangara, Karina; Guilak, Farshid; Leong, Kam W. (2010). "Cambios inducidos por la nanotopografía en adherencias focales, organización citoesquelética y propiedades mecánicas de las células madre mesenquimales humanas" . Biomateriales . 31 (6): 1299–1306. doi : 10.1016 / j.biomaterials.2009.10.037 . ISSN 0142-9612 . PMC 2813896 . PMID 19879643 .