ES2961325T3

ES2961325T3 - Fabricación automatizada de matrices celulares tridimensionales con nanofibras de alineación controlada y distribución celular uniforme

Info

Publication number: ES2961325T3
Application number: ES21160776T
Authority: ES
Inventors: Completo António Manuel Godinho; Aguiar Pereira Marques Paula Alexandrina De
Original assignee: Universidade de Aveiro
Current assignee: Universidade de Aveiro
Priority date: 2020-03-04
Filing date: 2021-03-04
Publication date: 2024-04-09
Anticipated expiration: 2041-03-04

Abstract

La presente invención se refiere a un sistema y proceso para fabricar automáticamente matrices celulares tridimensionales con nanofibras de alineación controlada y distribución celular uniforme en todo el espesor. El sistema de la presente invención comprende un módulo de formación de nanofibras mediante electrohilado, un módulo de recogida de las nanofibras que comprende dos cilindros recolectores (6,30), un módulo para la deposición de las nanofibras recolectadas que comprende una mesa de deposición (10) con movimientos lineales (22) y rotación (24), un módulo para la electropulverización de células que comprende un tubo capilar para la electropulverización de células (13). La formación de las matrices celulares se produce a partir de los movimientos lineales alternos de la mesa de deposición (10) entre la posición del módulo de recogida de nanofibras y el módulo de electropulverización donde las células se siembran sobre las capas de malla bidimensional de nanofibras. La presente invención tiene aplicación en el campo de la ingeniería de tejidos, en particular en la medicina regenerativa. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Fabricación automatizada de matrices celulares tridimensionales con nanofibras de alineación controlada y distribución celular uniforme

Campo técnico de la invención

Esta invención se refiere a un sistema y un proceso para la fabricación automatizada de matrices celulares tridimensionales mediante electrohilado a partir de nanofibras de alineación controlada y distribución celular uniforme a lo largo de su grosor.

A partir de la implementación de la invención es posible obtener, de una manera totalmente automática y sin intervención manual, matrices celulares tridimensionales de fibras poliméricas alineadas, con una distribución celular uniforme, a lo largo del grosor de la matriz, que puede presentar varios patrones de alineación de las nanofibras, a lo largo del grosor, sembrándose las células de los tejidos seleccionados, de manera alternada, sobre las capas de mallas bidimensionales de nanofibras, depositadas a lo largo del grosor, haciendo de ese modo que el grosor de matriz dependa del número de capas de fibras depositadas, del grosor de las fibras y del grado de compactación entre capas.

De esta manera, la presente invención tiene muchas aplicaciones en diversas áreas, en la fabricación de productos o estructuras, en una escala nanométrica, que dependen de un área superficial alta, tal como en biotecnología, en las áreas farmacéutica y de ingeniería de tejidos, en particular en medicina regenerativa.

Técnica anterior

Entre los principales temas de interés en el procesamiento de materiales poliméricos se encuentra la producción de estructuras poliméricas micro- o nanoestructuradas, especialmente nanofibras o nanohilos. Las propiedades únicas de los nanomateriales asociados con las diferentes posibilidades de morfologías y funcionalidades revelan una serie de posibilidades para nuevos campos de aplicación e impulsan el progreso en el procesamiento de estas nanoestructuras.

A este respecto, el método de electrohilado o hilado electrostático es muy ventajoso, dado que las fibras obtenidas con esta técnica tienen un área superficial alta, combinada con un bajo coste de producción y la posibilidad de formarse a partir de una amplia variedad de polímeros o materiales compuestos. Esta técnica se basa en la aplicación de alto voltaje (5-50 KV) y baja corriente (0,5-1 |oA) para la producción de fibras de diámetro muy pequeño. En este proceso, las fuerzas electrostáticas controlan la formación y deposición de estas fibras.

El documento US2349950A describe una disposición experimental básica, en la que el diagrama propuesto ya presenta una configuración formada por una fuente de alto voltaje, disolución polimérica y un sistema de puesta a tierra.

Actualmente, la configuración clave de un proceso genérico de electrohilado consiste en una jeringa, donde se introduce el polímero fundido o la disolución polimérica, que está conectada a un tubo capilar, una bomba difusora, que controla el flujo de la disolución polimérica que va a suministrarse, de modo que siempre se mantenga una gota de disolución en la punta del tubo capilar, un colector de metal, mantenido a potencial cero (conectado a tierra), donde se recogerán las fibras producidas, una fuente de alto voltaje, responsable de producir una diferencia de potencial entre la punta del tubo capilar y el colector. Con la aplicación del campo eléctrico entre el tubo capilar y el colector, la gota de disolución está sujeta a la orientación de las cargas sobre su superficie.

A medida que aumenta la intensidad del campo, el equilibrio de cargas electrostáticas a las que se somete la gota, concretamente, la fuerza de tensión superficial de la disolución y la fuerza ejercida por el campo eléctrico aplicado, comienza a sufrir un desequilibrio y, a partir de un cierto valor crítico del campo eléctrico, un chorro de material polimérico del tubo capilar se proyecta y acelera hacia el colector.

Durante la trayectoria al colector, el chorro con la disolución polimérica sufre la evaporación de una gran parte de su disolvente, garantizando de ese modo que las fibras formadas tengan suficiente rigidez para soportar su propio peso. Además, el disolvente que permanece en la disolución, tal como la humedad, permite la adhesión de una fibra a otra, a medida que se depositan en capas, formando una trama no tejida. En esta configuración básica, las fibras electrohiladas forman un material textil o capa bidimensional, orientadas aleatoriamente debido a la inestabilidad de la trayectoria de chorro.

El interés en el proceso de electrohilado ha crecido muy rápidamente desde la década de 1990. Esfuerzos multidisciplinares, tanto en el área de la investigación orientada a aplicaciones como académica, han generado una gran cantidad de publicaciones científicas, solicitudes de patente y un aumento significativo en la explotación de la técnica por parte de empresas de productos de filtración, medicina regenerativa, prendas protectoras, catálisis, entre otros.

Las redes de fibras orientadas tienen la posibilidad de desarrollar propiedades anisotrópicas en materiales. Estas relaciones son bastante obvias en el campo de la ingeniería de tejidos.

Ejemplos típicos incluyen la producción de mallas poliméricas, que contienen fibras alineadas, usadas como sustratos para el cultivo y la regeneración de células neurales, debido a la naturaleza inherentemente anisotrópica de los nervios y sus mecanismos regenerativos. En estas aplicaciones de bioingeniería, es un requisito fundamental que el material de andamiaje tenga una estructura tridimensional de porosidad controlada, para permitir el desarrollo de la matriz celular tridimensional a lo largo de la profundidad de la matriz.

Se han concentrado muchos esfuerzos en la producción de fibras alineadas con estandarización controlada, debido a su potencial excepcional para el desarrollo de dispositivos funcionales, tales como los presentados en los documentos US20120009292A1, US20110142806A1 y US2016004706A1.

Se han sugerido varios enfoques para promover la alineación de las capas de fibras electrohiladas, entre los cuales se encuentra el proceso de “electrohilado de espacio de aire”, que prevé la configuración de electrodos paralelos espaciados, con las fibras estiradas en la separación entre las placas, ha sido el método más utilizado para depositar y recoger estas fibras.

La publicación de un trabajo pionero por Dan Li y colaboradores (Li,et al.,Nanoletters, 2003, 3:8, 1167) mostró que dos efectos favorecían la producción y deposición de nanofibras bien alineadas entre el espacio de electrodos paralelas entre sí, concretamente, el efecto de la dirección de deposición de nanofibras, causada por la deformación del campo eléctrico entre el tubo capilar y el colector, y la acumulación de cargas a lo largo de las nanofibras depositadas, que favorecía la disposición paralela entre las mismas, debido a la repulsión electrostática.

Una variación interesante de este sistema de ensamblaje es el colector para la producción de matrices de fibra, cuyo sistema comprende electrodos dispuestos en un plano separado 90°. La operación se basa en la conexión del terminal de tierra a los electrodos dispuestos en la misma línea. Las fibras electrohiladas se recogen entre los electrodos, que están conectados a tierra, y esta conexión se alterna entre los pares de electrodos con intervalos de tiempo definidos, permitiendo la formación de una malla con capas de fibras con diferentes disposiciones (Li,et al.,Adv. Matter, 2004, 16:4, 361).

A este respecto, el documento US20110018174A1 da a conocer la producción de fibras electrohiladas alineadas, con control de ubicación y orientación de las fibras, usando para este propósito un dispositivo que proporciona un voltaje dependiendo del tiempo seleccionado, por lo que ese voltaje se aplica a un colector con múltiples electrodos. Sin embargo, dicho documento no da a conocer un proceso capaz de formar una matriz tridimensional de fibras alineadas en cualquier grosor deseado.

Otras estrategias para la formación de matrices tridimensionales de fibras alineadas han sido objeto de estudios, principalmente en el campo de la medicina regenerativa, tales como, por ejemplo, los artículos: Sheikh,et. al.,Nanomedicine, 2015, 11, y Li,et. al.,Mater. Sci. Eng. C. 2016, 68. A este respecto, el documento WO 2015/138970 A1 da a conocer electrohilado de polímeros de matriz de cartílago y menisco.

A este respecto, el documento US 8580181B1 también da a conocer un método para formar matrices tridimensionales de nanofibras alineadas con una estructura abierta y suelta.

Aunque las configuraciones anteriores consideran la formación de múltiples capas de fibras alineadas una sobre otra, en el espacio entre los electrodos, todavía hay algunos problemas con la formación de matrices tridimensionales.

Las limitaciones relacionadas con los procesos actuales de electrohilado de las fibras alineadas están relacionadas principalmente con el hecho de que, a medida que las fibras alineadas y cargadas eléctricamente se depositan una sobre la otra, el aumento de la carga eléctrica tiende a repeler que se depositen las nuevas fibras, evitando su correcta alineación y limitando su grosor a unas pocas décimas de milímetro de la matriz de las fibras formadas.

Además del problema descrito, relacionado con la formación de matrices tridimensionales gruesas con alineación controlada de las nanofibras a lo largo de su grosor, se producen otros problemas al sembrar este tipo de matrices de nanofibras con células con fines de ingeniería de tejidos, ya que el proceso de siembra suele ser un proceso manual en el que las células se depositan manualmente sobre las superficies de las matrices de nanofibras tridimensionales fabricadas previamente).

La operación de siembra manual de las matrices de nanofibras tridimensionales requiere un trabajo de laboratorio intensivo con altos costes y riesgos de contaminación, siendo un proceso manual, presenta una reproducibilidad muy baja en términos de la uniformidad de la distribución de células depositadas. Todas estas limitaciones asociadas al proceso de siembra contribuyen decisivamente a limitar la producción a gran escala de estas matrices celulares.

Otra limitación asociada con el proceso de siembra manual de matrices tridimensionales de nanofibras, con grosores del orden de varios milímetros, es que no es posible controlar la distribución de células a lo largo del grosor/profundidad de la matriz tridimensional, como estas se acumulan esencialmente en las fibras superficiales de la matriz tridimensional, dejando de ese modo el núcleo de la matriz tridimensional sin o con pocas células.

Este efecto conduce a que la materia extracelular, producida por las células durante el período de cultivo, se concentre esencialmente en las regiones periféricas de la matriz de nanofibras tridimensional, dejando el núcleo sin materia extracelular y, creando de ese modo tejidos con propiedades mecánicas altamente anisotrópicas que limitan o incluso impiden su aplicación en el campo clínico y/o médico.

Para aplicaciones específicas, tal como ingeniería de tejidos, es necesario formar matrices celulares de nanofibras, con un grosor alto, es decir, del orden de varios milímetros, con control de la alineación de las fibras a lo largo del grosor, con una distribución uniforme de células a lo largo del volumen de la matriz tridimensional de nanofibras, con control de la distancia entre las nanofibras alineadas (porosidad en el plano) en el plano de deposición formando mallas de nanofibras bidimensionales y control del grado de compactación (porosidad a lo largo del grosor) entre las capas de las mallas de nanofibras bidimensionales depositadas.

La porosidad de estas matrices de nanofibras es de máxima relevancia para mejorar la migración y multiplicación celular, así como la administración de nutrientes a las células, a lo largo del volumen de la matriz de nanofibras tridimensionales.

Por lo tanto, existe la necesidad de desarrollar un sistema e implementar un proceso de fabricación automatizado de matrices celulares tridimensionales con nanofibras de alineación controlada y distribución celular uniforme a lo largo del grosor, que permite la producción de diversos patrones de alineación de las fibras a lo largo del grosor de matriz y permite una distribución uniforme de las células a lo largo del grosor de matriz.

La presente invención propone resolver los problemas de la técnica anterior, descritos anteriormente, a través de la implementación de un sistema y un proceso para la fabricación automatizada de matrices celulares tridimensionales, que pueden presentar diversos patrones de alineación de fibras, a lo largo del grosor de matriz y con una distribución uniforme de células a lo largo del grosor de matriz, siendo este grosor dependiente del número de capas de fibras depositadas, el grosor de las fibras y el grado de compactación entre capas.

Sumario de la invención

La presente invención se refiere a un sistema y proceso para la fabricación automatizada de matrices celulares tridimensionales, mediante electrohilado, a partir de nanofibras con alineación controlada y distribución celular uniforme a lo largo de su grosor.

El sistema de la presente invención comprende un módulo (A) para formar nanofibras mediante electrohilado, un módulo (B) para recoger las nanofibras formadas, un módulo (C) para la deposición de las nanofibras recogidas, un módulo (D) para electropulverización de células, una bomba de vacío y una unidad de cálculo según la reivindicación 1.

La configuración de este sistema, en particular el hecho de que el módulo (B), el colector de nanofibras, comprende dos cilindros colectores, con ejes coaxiales y perpendiculares al eje del tubo capilar de electrohilado, donde cada cilindro está dotado de un movimiento de rotación continuo por un motor eléctrico controlado por una unidad computarizada, en el que las nanofibras electrohiladas se recogen en las superficies y entre las superficies de los cilindros colectores, que comprenden también este módulo (B), cepillos para retirar las nanofibras, que permanecen en las superficies cilíndricas, y donde el módulo (C), de deposición de fibra, comprende una tabla de deposición, capaz de moverse linealmente, en la dirección paralela a su superficie y en la dirección del eje del tubo capilar de electrohilado, y rotacionalmente, alrededor de su eje longitudinal, garantiza que el proceso de electrohilado se produzca de manera continua y automática, con formación de matrices tridimensionales con distribución uniforme de las células a lo largo del grosor de la matriz celular tridimensional y con alineación y distancia entre nanofibras controladas según el resultado deseado.

En otro aspecto, la presente invención se refiere a un proceso continuo y automatizado para formar matrices celulares tridimensionales con nanofibras de alineación controlada y distribución celular uniforme a lo largo de su grosor, según la reivindicación 3.

El proceso de la presente invención permite obtener, de una manera totalmente automática y sin intervención manual, matrices celulares tridimensionales de fibras poliméricas alineadas, con una distribución celular uniforme a lo largo del grosor de la matriz, que pueden presentar varios patrones de alineación, de las nanofibras que componen las mismas, a lo largo de su grosor, siendo el grosor de matriz dependiente del número de capas de fibra depositadas, el grosor de las fibras y el grado de compactación entre capas.

Este proceso tiene la ventaja adicional de ser versátil, simple, y de funcionar en modo automático y continuo, por lo que no es necesario producir una serie de capas de mallas de nanofibras con una cierta alineación, añadir manualmente otras capas con diferentes alineaciones y evitar el laborioso proceso manual de siembra celular de las matrices tridimensionales de nanofibras fabricadas previamente, superando la capacidad limitada de este proceso manual para garantizar la uniformidad/control de la distribución celular en las matrices tridimensionales de nanofibras a lo largo del grosor.

Esta limitación, que conduce a que la materia extracelular producida por las células, durante el período de cultivo, se concentra esencialmente en las regiones periféricas de la matriz tridimensional de nanofibras, dejando el núcleo de la matriz sin materia extracelular y creando de ese modo tejidos con propiedades mecánicas altamente anisotrópicas, limitando de ese modo o incluso evitando su adopción clínica, por lo tanto, se supera por completo.

Breve descripción de los dibujos

Figura 1: representación esquemática de una realización de un sistema de fabricación según la presente invención, en donde las siguientes figuras representan:

6 cilindro colector del módulo colector;

10 tabla de deposición posicionada en el módulo colector;

13 tubo capilar de electropulverización;

22 dirección y orientaciones del movimiento lineal de la tabla de deposición paralelo a su superficie;

24 orientación del movimiento rotatorio de la tabla de deposición alrededor de su eje longitudinal;

30 cilindro colector del módulo colector;

Figura 2: representación esquemática de una realización de un sistema de fabricación según la presente invención, en donde las siguientes figuras representan:

1 sistema de fabricación;

2 contenedor/jeringa con el polímero que va a electrohilarse;

3 soporte de tubo capilar de electrohilado;

4 tubo capilar de electrohilado del módulo de electrohilado;

5 nanofibra electrohilada sobre las superficies cilíndricas (33, 35) de los cilindros colectores (6, 29);

6 cilindro colector del módulo colector;

7 motor del cilindro colector (6);

8 nanofibras depositadas sobre la tabla de deposición (10);

9 superficie de tabla de deposición (10) con orificios, que se conectan a la cámara en su interior (no representado); 10 tabla de deposición posicionada en el módulo colector;

11 canal de conexión entre la cámara interior (no mostrada) de la tabla de deposición (10) y la bomba de vacío (21 ); 12 anillo colector del módulo de electropulverización;

13 tubo capilar de electropulverización;

14 contenedor/jeringa con células en suspensión que van a electropulverizarse;

15 soporte para el tubo capilar de electropulverización;

16 conexión de polaridad positiva entre el tubo capilar de electropulverización (13) y la fuente de alimentación (17); 17 fuente de alimentación del módulo de electropulverización;

18 conexión de polaridad negativa/neutra entre el anillo colector (12) y la fuente de alimentación (17);

19 tabla de deposición posicionada en el módulo de electropulverización;

20 unidad de control computarizada;

21 bomba de vacío;

23 carro del movimiento lineal de la tabla de deposición paralela a su superficie;

24 orientación del movimiento de rotación de la tabla de deposición alrededor de su eje longitudinal;

25 placa del movimiento de rotación de la tabla de deposición alrededor de su eje longitudinal;

26 carro del movimiento de tabla de deposición hacia el tubo capilar de electrohilado;

27 dirección y orientaciones del movimiento de tabla de deposición hacia el tubo capilar de electrohilado;

28 soporte para los cilindros colectores (6, 30);

29 motor del cilindro colector (30);

30 cilindro colector del módulo colector;

31 orientación de rotación de los cilindros colectores;

32 cepillo de limpieza de cilindro colector (30);

33 conexión de polaridad negativa/neutra entre los cilindros colectores (6, 30) y la fuente de alimentación del módulo colector (17);

34 superficie cilíndrica conductora del cilindro colector (30);

35 cepillo de limpieza de cilindro colector (6);

36 superficie cilíndrica conductora del cilindro colector (6);

37 fuente de alimentación para el módulo de electrohilado;

38 conexión de polaridad positiva entre el tubo capilar de electrohilado y la fuente de alimentación del módulo de electrohilado (17);

39 motor de carro del movimiento lineal de la tabla de deposición paralelo a su superficie;

40 motor de placa del movimiento de rotación de la tabla de deposición alrededor de su eje longitudinal;

41 motor de carro del movimiento de tabla de deposición hacia el tubo capilar de electrohilado;

Figura 3: representación esquemática de una parte del sistema de fabricación (1), con representación en sección parcial de la tabla de deposición (10) según una realización preferida de la presente invención, en donde:

- la nanofibra electrohilada (5) se recoge sobre y entre las superficies cilíndricas (34, 36) de los cilindros colectores (6, 30) de manera continua por acción del movimiento de rotación (31) de los cilindros colectores (6, 30), siendo la porción de las nanofibras formadas entre las superficies cilíndricas (34, 36) depositada de manera continua (8) sobre la superficie con orificios (9) de la tabla de deposición (10) estando los orificios conectados a la cámara (42) en su interior, que se somete a presión de vacío a través del canal de conexión (11 ) a la bomba de vacío (no mostrada);

- la orientación de la fuerza de succión (43), de la compactación de unión de las nanofibras (8), generada por el efecto de la presión de vacío presente en la cámara (42);

- las nanofibras (8) unidas a la tabla de deposición (10) por acción de la fuerza de succión (43) generada por el vacío sobre la superficie con orificios (9) de la tabla de deposición (10) se rompen por el efecto de estiramiento de la parte unida a las superficies (34, 36) de los cilindros colectores (6, 30) por acción del movimiento de rotación continuo (31) del mismo;

- las nanofibras (8) depositadas sobre la tabla de deposición (10) forman una malla con una distancia entre las nanofibras (44) controlada por el movimiento lineal (22) de la tabla de deposición paralelo a su superficie;

Figura 4: representación esquemática de una de las realizaciones del proceso de electrohilado de la invención, en el que:

- la nanofibra electrohilada (5) recogida por las superficies cilíndricas (34, 36) del módulo colector se deposita de manera continua sobre la superficie con orificios (9) de la tabla de deposición (10) formando una primera malla bidimensional de nanofibras alineadas (81), controlándose la distancia entre las nanofibras depositadas (45) y el tamaño de la malla formada por el movimiento lineal (46) de la tabla de deposición (10) paralelo a su superficie (9), uniéndose la malla (81) a la tabla de deposición por acción de la fuerza de succión de vacío (43) generada sobre la superficie con orificios (9) de la tabla de deposición (10).

Figura 5: representación esquemática de la malla de nanofibras bidimensional de la primera capa (81) que es seguida por la deposición de la segunda capa de malla bidimensional de nanofibras alineadas (82), controlándose la alineación de esta malla (82) por el movimiento de rotación (49) de la tabla de deposición (10) y la distancia entre las nanofibras depositadas (47) y controlándose el tamaño de la malla formada por el movimiento lineal (48) de la tabla de deposición (10) paralelo a su superficie (9), uniéndose las dos mallas (81, 82) a la tabla de deposición por acción de la fuerza de succión de vacío (43) generada sobre la superficie con orificios (9) de la tabla de deposición (10).

Figura 6: representación esquemática de la malla de nanofibras bidimensional de la primera capa (81) y la segunda capa de malla de nanofibras bidimensional (82) que es seguida por la deposición de la tercera capa de malla bidimensional de nanofibras alineadas (83), controlándose la alineación de esta malla (83) por el movimiento de rotación (51) de la tabla de deposición (10) y la distancia entre las nanofibras depositadas (49) y controlándose el tamaño de la malla formada por el movimiento lineal (50) de la tabla de deposición (10) paralelo a su superficie (9), uniéndose las tres mallas (81, 82, 83) a la tabla de deposición por acción de la fuerza de succión de vacío (43) generada sobre la superficie con orificios (9) de la tabla de deposición (10).

Figura 7: representación esquemática de la malla de nanofibras bidimensional de la primera capa (81), la segunda capa (82) y la tercera capa (83) que es seguida por la deposición de la cuarta capa de malla bidimensional de nanofibras alineadas (84), controlándose la alineación de esta malla (84) por el movimiento de rotación (54) de la tabla de deposición (10) y la distancia entre las nanofibras depositadas (52) y el tamaño de la malla formada controlada por el movimiento lineal (53) de la tabla de deposición (10) paralelo a su superficie (9), uniéndose las cuatro mallas (81, 82, 83 y 84) a la tabla de deposición por acción de la fuerza de succión de vacío (43) generada sobre la superficie con orificios (9) de la tabla de deposición (10).

Figura 8: representación esquemática del sistema de fabricación (1) según una realización preferida de la presente invención, en donde:

- el movimiento lineal (55) de la tabla de deposición (10) desde la posición en el módulo colector de nanofibras, después de la deposición de las cuatro capas de mallas de nanofibras bidimensionales (81, 82, 83 y 84) a la posición en el módulo de electropulverización (19) que está posicionada concéntricamente con el anillo colector (12 );

- las cuatro capas de mallas de nanofibras (81, 82, 83 y 84) sobre la tabla de deposición se siembran con células a través del cono de electropulverización (56) que se forma entre el tubo capilar de electropulverización (13) con polaridad positiva (16) y el anillo colector (12 ) con polaridad negativa/neutra (18);

- durante el tiempo en el que las células se electropulverizan sobre las cuatro capas de malla (81, 82, 83 y 84) la tabla de deposición en la posición de electropulverización (19) rotará de manera continua (57) para distribuir uniformemente las células sobre las mallas depositadas;

- durante el período de electropulverización de las células se desactiva la presión de vacío en los orificios de la superficie (9) de la tabla de deposición (19).

Figura 9: representación esquemática del sistema de fabricación (1) según una realización preferida de la presente invención, en donde:

- el movimiento lineal (59) de la tabla de deposición desde la posición en el módulo de electropulverización (19) hasta la posición en el módulo colector de nanofibras (10) después de la electropulverización de las células (58) sobre las cuatro capas de mallas de nanofibras bidimensionales (81, 82, 83, 84);

- activación de la fuerza de succión (43) generada por el vacío en los orificios de la superficie (9) de la tabla de deposición (10), permitiendo la unión de las mallas depositadas (81, 82, 83, 84) y de las futuras mallas que van a depositarse (85, 86, 87, 88);

- movimiento lineal (60) de la tabla de deposición (10) en la dirección y orientación opuesta al tubo capilar de electrohilado (4) que permite la deposición de nuevas capas de malla de nanofibras bidimensional (85, 86, 87, 88) sobre las capas de malla (81, 82, 83 y 84) y células electropulverizadas (58) que las preceden;

- nueva formación de la nanofibra electrohilada (5) sobre y entre las superficies cilindricas (34, 36) de los cilindros colectores (6, 30) en movimiento de rotación continuo (31), que permite la deposición continua de nuevas capas de malla de nanofibras bidimensional (85, 86, 87, 88) que se electropulverizarán alternativamente con células (58).

Figura 10: representación esquemática de la vista superior de la tabla de deposición (10) con la representación de ocho mallas de nanofibras bidimensionales con diferentes alineaciones (81) (82) (83) (84) (85) (86) (87) (88), depositadas secuencialmente en capas, y después de la deposición secuencial de las mallas (81) (82) (83) (84), estas mallas se electropulverizan con las células (58) y después las mallas de nanofibras bidimensionales (83) (84) (85) (86) se depositaron y después las células (58) se electropulverizan sobre las mismas, por lo que el conjunto de estas ocho capas de malla con células forma un patrón de alineaciones (63), que se repite sucesivamente, entre el primer patrón (66), el patrón intermedio (65) y último patrón (64), dando como resultado de ese modo el grosor (67) de la matriz celular tridimensional de nanofibras (68), que está delimitado por las dimensiones (61) y (62).

Descripción general de la invención

Esta invención se refiere a un sistema y un proceso para la fabricación automatizada de matrices celulares tridimensionales, que obtiene nanofibras con alineación controlada y distribución celular uniforme a lo largo de su grosor, con la posibilidad de producir diversos patrones de alineación de fibra a lo largo del grosor de matriz con grosor controlado y distribución celular uniforme a lo largo del grosor de matriz, siendo dependiente este grosor del número de capas de mallas de nanofibras depositadas, el grosor de las nanofibras y el grado de compactación entre capas.

El sistema de la presente invención comprende un módulo (A) para formar nanofibras mediante electrohilado, un módulo (B) para recoger las nanofibras producidas, un módulo (C) para la deposición de las nanofibras recogidas, y un módulo (D) para electropulverización de células.

El módulo (A) comprende una jeringa para contener una disolución de polímero, conectada a una bomba inyectora, conectada a un tubo capilar de electrohilado, que está conectado a una fuente de voltaje, configurada para proporcionar polaridad positiva. El módulo (A) está alineado perpendicularmente con los ejes de los dos cilindros colectores del módulo (B), el colector de nanofibras.

El módulo (B) comprende dos cilindros colectores, cada uno equipado con un movimiento de rotación continuo, a través de la acción de un motor eléctrico, que está controlado por una unidad computarizada. La distancia entre las caras superiores de los dos cilindros es igual al diámetro de la tabla de deposición de nanofibras del módulo (C), y las superficies cilíndricas de los cilindros colectores están hechas de material conductor, y pueden tener polaridad negativa o neutra.

La nanofibra de material polimérico, formado por electrohilado a partir del tubo capilar del módulo (A), con polaridad positiva, se mueve por la acción de un campo eléctrico hacia un módulo colector (C), y estos se recogen sobre las superficies cilíndricas y entre las superficies cilíndricas de los cilindros colectores, que están en rotación continua.

Con el fin de mantener la continuidad eléctrica de las superficies cilíndricas, el módulo colector (C) tiene cepillos para retirar las nanofibras que permanecen sobre las superficies cilíndricas al final de cada ciclo de producción de fibras, garantizando de ese modo el electrohilado continuo de las nanofibras sobre y entre las superficies cilíndricas de rotación de los cilindros colectores.

Las nanofibras se electrohilan entre las superficies cilíndricas de los cilindros colectores, en rotación continua, se depositan sobre la superficie de tabla de deposición del módulo de deposición. La tabla tiene una forma sustancialmente circular y se posiciona entre las generatrices de los dos cilindros colectores, con su superficie perpendicular al eje de tubo capilar de electrohilado.

Además, la tabla de deposición tiene orificios que se extienden desde su superficie hasta una cámara dentro de la tabla, que están conectados por un canal a una bomba de vacío. La fuerza de succión generada por el vacío, en los orificios de la superficie de tabla de deposición, une las nanofibras depositadas a la tabla. Las nanofibras, fijadas de ese modo a la tabla, separadas de la parte fija, sobre las superficies cilíndricas de los cilindros colectores, por el efecto de estiramiento de su sección transversal, debido al movimiento de rotación continuo de los cilindros colectores.

El movimiento lineal de la tabla de deposición, paralelo a su superficie, y el movimiento de rotación, alrededor de su eje longitudinal, se realizan mediante motores eléctricos controlados por una unidad computarizada.

Las nanofibras, unidas y depositadas manera continua a la superficie de tabla de deposición, están alineadas en diferentes direcciones por el movimiento de rotación de la tabla de deposición, y la distancia entre las nanofibras depositadas se controla por el movimiento lineal de la tabla de deposición.

La deposición continua de nanofibras, por las superficies cilíndricas de los cilindros colectores, permite la formación de una malla de nanofibras bidimensional de organización y distribución controladas sobre la superficie de tabla de deposición. El control de la distancia entre las fibras depositadas sobre la tabla de deposición permite controlar la porosidad de la malla en su plano.

El movimiento controlado de la tabla de deposición en la dirección y orientación opuesta al tubo capilar de electrohilado (dirección del grosor de matriz) después de la formación de la malla de nanofibras bidimensional sobre la superficie de la tabla de deposición permite la deposición de una nueva malla de nanofibras bidimensional sobre la malla anterior con una nueva organización de las nanofibras, el número de capas de malla de nanofibras acumuladas sobre la tabla se define por el grosor deseado de la matriz celular tridimensional, el grosor de las nanofibras depositadas y la magnitud de la presión de vacío generada sobre la superficie de la tabla de deposición que controla el nivel de compactación de las capas de malla de nanofibras y, por lo tanto, la porosidad de la matriz tridimensional a lo largo del grosor.

El movimiento lineal desde la tabla de deposición hasta la posición del módulo de electropulverización de las células se produce después de la deposición de una o más capas de mallas de nanofibras bidimensionales sobre la tabla de deposición, estando apagado el sistema de vacío, el módulo de electropulverización de las células puede consistir básicamente en una jeringa para contener una disolución con células en suspensión, conectada a una bomba inyectora, conectada a un tubo capilar de electropulverización, que está conectado a una fuente de voltaje.

La fuente de voltaje está configurada para proporcionar polaridad positiva, estando alineada con el colector en forma de anillo, con un diámetro interno igual al diámetro de la tabla de deposición, con polaridad negativa o neutra.

La electropulverización de las células inicia desde el tubo capilar con polaridad positiva, en el que la disolución con células se mueve por la acción de un campo eléctrico hacia el anillo colector.

La disolución con células se siembra sobre las mallas de nanofibras depositadas sobre la tabla de deposición, que está en posición concéntrica con el anillo colector. En esta posición, la tabla de deposición inicia un movimiento de rotación durante un cierto período de tiempo, de modo que la superficie de la malla de nanofibras se distribuya uniformemente con las células.

El movimiento lineal de la tabla de deposición de vuelta al módulo colector de fibra, seguido de una nueva deposición de otra capa o capas de mallas de nanofibras bidimensionales, que se intercalan sucesivamente de manera controlada, a través de las instrucciones proporcionadas por la unidad computarizada, con la siembra de células de la suspensión celular deseada, da como resultado de ese modo una matriz celular tridimensional con nanofibras de alineación controlada y distribución celular uniforme, a lo largo del grosor de matriz.

El número de capas de malla de nanofibras depositadas sobre la tabla de deposición y el número de veces que se produce la electropulverización de las células se define por el grosor deseado de la matriz celular tridimensional, así como por el grosor de las nanofibras depositadas, la magnitud de la presión de vacío generada sobre la superficie de la tabla de deposición que controla el nivel de compactación de las capas de malla de nanofibras y, por lo tanto, la porosidad de la matriz tridimensional a lo largo del grosor y la densidad celular deseada de la matriz.

Las capas sucesivas de mallas de nanofibras bidimensionales, depositadas sobre la superficie de la tabla de deposición, se mantienen en posición sobre la tabla de deposición por la acción del vacío generado en los orificios de la superficie superior de la tabla de deposición que comunican con una cámara en su interior conectada a la bomba de vacío.

El control de presión en la bomba de vacío también está destinado a controlar el grado de compactación entre las capas de malla de nanofibras bidimensional formadas y, por lo tanto, la porosidad en la dirección perpendicular al plano de la capa de malla de nanofibras depositada.

El control de la distancia entre el tubo capilar de electrohilado con polaridad positiva y los cilindros colectores, el control de la velocidad de rotación de los cilindros colectores, el control de los movimientos lineales y de rotación de la tabla de deposición, el control de la presión de la bomba de vacío, el control de la distancia entre el tubo capilar de electrohilado de las células con polaridad positiva y el anillo colector, el control del voltaje de los tubos capilares, de las superficies cilíndricas de los cilindros colectores y el anillo colector se realizan mediante una unidad de control computarizada que, dependiendo de la alineación y la distancia entre nanofibras deseadas para cada capa bidimensional depositada y del grosor de matriz deseada y la densidad celular deseada, programa la secuencia de todos los movimientos, presión de vacío y polaridad de los electrodos requeridos, basándose en un programa informático desarrollado para este propósito.

Por lo tanto, el sistema de la presente invención tiene la capacidad de producir de manera continua y automática matrices celulares tridimensionales con nanofibras de alineación controlada y distribución celular uniforme a lo largo de su grosor.

Además, también proporciona la posibilidad de producir matrices con diversos patrones de alineación y con diferentes distancias entre nanofibras (porosidad), a lo largo del grosor de matriz, y con una distribución uniforme de células de componente tisular, a lo largo del grosor de matriz, de manera controlada.

Estos efectos se obtienen combinando diferentes características técnicas, entre las cuales se destaca el uso de una tabla de deposición con la capacidad de realizar movimientos controlados lineales y rotacionales, permitiendo de ese modo la posibilidad de controlar la alineación y la distancia entre las nanofibras depositadas sobre su superficie y la superficie de la tabla de recolección.

Por otro lado, la superficie de la tabla de recolección, dotada de orificios, que se someten a presión de vacío, permite la unión de las fibras a esta tabla, permitiendo también que el control y la definición del grado de compactación (porosidad) se presenten entre las diferentes capas de mallas de nanofibras bidimensionales depositadas, así como el soporte y depósito de las nanofibras sobre la tabla de deposición.

La separación de las fibras depositadas, que se produce por el efecto del estiramiento de nanofibras sobre la superficie de los cilindros colectores, durante el movimiento continuo de estos cilindros, y el movimiento lineal de la tabla de deposición en la dirección y orientación opuesta al tubo capilar de electrohilado, contribuye ventajosamente a la deposición de capas sucesivas de mallas de fibras bidimensionales, y el movimiento lineal de la tabla de deposición, a la posición concéntrica, con el anillo colector del módulo de electropulverización de las células.

La disolución con células, que se electropulveriza sobre las mallas de nanofibras depositadas sobre la tabla de deposición, el movimiento de rotación de la tabla de deposición, en esta posición, durante un cierto período de tiempo, garantiza la distribución uniforme de las células sobre la superficie de la malla de nanofibras, mientras que el movimiento lineal, que devuelve la tabla de deposición al módulo colector de fibra, permite una nueva deposición de otra capa o capas de mallas de nanofibras bidimensionales.

El movimiento alterno y controlado de la tabla de deposición entre la posición de deposición de nanofibras y la posición de electropulverización de células permite fabricar automáticamente una matriz de células tridimensional con nanofibras de alineación controlada y distribución de células uniforme a lo largo del grosor, donde el número de capas de malla de nanofibras depositadas sobre la tabla de deposición y el número de veces que se produce la electropulverización de las células se definen por el grosor deseado de la matriz celular tridimensional, por el grosor de las nanofibras depositadas, por la magnitud de la presión de vacío generada sobre la superficie de la tabla de deposición que controla el nivel de compactación de las capas de malla de nanofibras y, por lo tanto, la porosidad de la matriz a lo largo del grosor y por la densidad celular deseada para la matriz.

Descripción detallada de la invención

La presente invención se refiere a un sistema y un proceso para la fabricación automatizada de matrices celulares tridimensionales.

1. El sistema de la presente invención comprende:

- un módulo de formación de nanofibras (A), que comprende un contenedor para contener y suministrar polímero fundido o disolución polimérica, normalmente una jeringa, y una bomba de inyección, conectada a un tubo capilar de electrohilado, conectado a una fuente de voltaje, configurada para proporcionar polaridad positiva;

- un módulo colector de nanofibras (B), para recoger las nanofibras electrohiladas, que comprende dos cilindros colectores con superficies cilíndricas con polaridad negativa o neutra, con ejes coaxiales en movimiento de rotación continuo y expuestos al tubo capilar de electrohilado;

- un módulo de deposición de nanofibras (C), para la acumulación y formación de mallas de nanofibras bidimensionales recogidas entre los cilindros colectores, que comprende una tabla de deposición posicionada entre las generatrices de los cilindros colectores con la capacidad de realizar movimientos lineales y de rotación;

- un módulo de electropulverización (D), para la electropulverización de las células sobre las mallas de nanofibras bidimensionales depositadas previamente sobre la tabla de deposición, repitiendo la siembra de células alternativamente con la deposición de mallas de nanofibras bidimensionales sucesivas, que comprende un contenedor para contener y proporcionar a la disolución células en suspensión, normalmente una jeringa, y una bomba de inyección, conectada a un tubo capilar de electropulverización, un colector en forma de anillo con polaridad negativa o neutra;

- una o más fuentes de alimentación para el sistema de electrohilado y electropulverización; y

- un dispositivo con capacidad de producción de vacío, normalmente una bomba de vacío.

Además de los elementos mencionados, el sistema de la presente invención también comprende una unidad de control computarizada y la electrónica necesaria para su correcto funcionamiento, actuadores, concretamente, los actuadores del movimiento lineal y de rotación de la tabla de deposición, así como todo el cableado eléctrico para la distribución de energía a los diversos componentes del sistema, así como todos los dispositivos y accesorios necesarios para garantizar la esterilización, condiciones de humedad y temperatura requeridas para garantizar la supervivencia de las células depositadas sobre las mallas de nanofibras durante el tiempo de fabricación de la matriz celular tridimensional. Más particularmente, el sistema (1) de la presente invención comprende:

- un módulo de formación de nanofibras (A) mediante electrohilado con un tubo capilar de electrohilado (4);

- un módulo colector de nanofibras (B) con dos cilindros colectores (6, 30);

- un módulo de deposición de nanofibras (C) de las nanofibras recogidas, que forma mallas de nanofibras bidimensionales con alineación y distancia entre nanofibras controladas a lo largo de la superficie de tabla de deposición (10) mediante la combinación de los movimientos lineales (22) y de rotación (24) de la misma; y - un módulo de electropulverización de células (D), donde las células (58) se siembran desde el tubo capilar de electropulverización (13) sobre las mallas de nanofibras bidimensionales previamente depositadas sobre la tabla de deposición (10), repitiendo la siembra de células alternativamente con la deposición de capas sucesivas de mallas de nanofibras bidimensionales, obteniendo de ese modo una distribución uniforme de células a lo largo del grosor de matriz celular tridimensional;

- una bomba de vacío (21 ) para regulación de presión;

en donde:

el módulo de formación de nanofibras (A) comprende:

- un tubo capilar de electrohilado (4) con polaridad positiva;

- un soporte de longitud ajustable (3);

el módulo colector de nanofibras (B) comprende:

- dos cilindros colectores (6, 30) con ejes perpendiculares, alineados y coaxiales con el eje de tubo capilar de electrohilado (4);

- dos motores eléctricos (7, 29) para mover en rotación continua los cilindros colectores (6, 30) controlados por una unidad computarizada (20), la distancia entre las caras superiores de los dos cilindros colectores (6, 30) es igual al diámetro de la tabla de deposición de nanofibras (10);

- superficies cilindricas (34, 36) de los cilindros colectores (6, 30) en material eléctricamente conductor con polaridad negativa o neutra, las nanofibras electrohiladas (5) se recogen sobre las superficies cilindricas y entre las superficies cilíndricas (34, 36);

- cepillos (32, 35) para retirar las nanofibras que permanecen sobre las superficies cilindricas (34, 36) manteniendo la continuidad eléctrica de las superficies cilindricas (34, 36) garantizando de ese modo el electrohilado continuo de las nanofibras;

el módulo de deposición de nanofibras comprende:

- una tabla de deposición (10) de forma circular posicionada entre las generatrices de los cilindros colectores (6, 30) con superficie plana perpendicular al eje de tubo capilar de electrohilado (4), donde las nanofibras electrohiladas (5) entre los cilindros colectores (6, 30) se depositan por acción de la rotación (31) de los mismos;

- una cámara (42) dentro de la tabla (10) en la que la superficie de tabla de deposición tiene orificios (9) que se extienden desde su superficie hasta esta cámara (42);

-una bomba de vacío (21) conectada a la cámara (42) por un canal (11);

- tres motores eléctricos (7, 39, 41) controlados por una unidad computarizada (20) para mover la tabla de deposición (10) linealmente en la dirección paralela a su superficie (22), hacia (27) el eje de tubo capilar de electrohilado (4) y para el movimiento de rotación (24) alrededor de su eje longitudinal; y

el módulo de electropulverización de células (D) comprende:

- un contenedor para contener y suministrar una disolución con células en suspensión (14), normalmente una jeringa, y una bomba de inyección, conectada a un tubo capilar de electropulverización (13);

- una fuente de voltaje configurada para proporcionar polaridad positiva conectada al tubo capilar de electropulverización (13);

- un soporte longitudinal ajustable (15),

- un colector en forma de anillo (12 ) con el mismo diámetro interno que el diámetro de la tabla de deposición (10), teniendo este anillo polaridad o bien negativa o bien neutra (18);

mediante lo cual:

- el control de los movimientos lineales (22) y de rotación (24) de la tabla de deposición (10) cuando se posiciona entre la generatriz de los cilindros colectores (6, 30) permite la organización bidimensional de la malla de nanofibras depositada permitiendo el control de su alineación (81, 82, 83, 84) sobre la superficie de tabla de deposición (10), así como la distancia (45, 47, 49, 52) entre las nanofibras depositadas;

- la tabla de deposición (10) presenta un movimiento controlado (27, 60), hacia el eje de tubo capilar (4), permitiendo este movimiento depositar capas de mallas de nanofibras bidimensionales sobre las mallas depositadas previamente;

- la bomba de vacío (21) ejerce una presión de vacío controlada sobre los orificios de la tabla de deposición (9), que permite que las nanofibras se unan a la superficie de tabla de deposición (10);

- la tabla de deposición (10) se mueve alternativamente (55, 59) entre la posición del módulo colector de nanofibras donde se depositan las nanofibras y el módulo de electropulverización donde se siembran las células (58) (56) sobre las mallas de nanofibras bidimensionales;

- el número de capas de malla de nanofibras depositadas (65, 64, 66) sobre la tabla de deposición (10) y el número de veces que se produce la electropulverización de las células se define por el grosor deseado (67) de la matriz tridimensional (68), el grosor de las nanofibras, la magnitud de la presión de vacío que controla el nivel de compactación de las capas de malla de nanofibras y, por lo tanto, la porosidad de la matriz a lo largo del grosor y la densidad celular deseada de la matriz.

La nanofibra (5) de material polimérico, formada por electrohilado a partir del tubo capilar (4), con polaridad positiva, se mueve por acción de un campo eléctrico hacia un módulo colector, que está compuesto por dos cilindros colectores (6, 30) con ejes coaxiales perpendiculares y alineados con el eje del tubo capilar de electrohilado (4), cada cilindro está dotado de un movimiento de rotación continuo (31), mediante un motor eléctrico (7, 29) controlado por una unidad computarizada (20), la distancia entre las caras superiores de los dos cilindros (6, 30) es igual al diámetro de la tabla de deposición de nanofibras (10).

Las superficies cilíndricas de los cilindros colectores (34, 36) están hechos de material conductor, y estos pueden tener polaridad negativa o neutra (33).

Las nanofibras electrohiladas (5) se recogen sobre las superficies cilíndricas (34, 36) y entre las superficies cilíndricas (34, 36).

El módulo (B) tiene cepillos (32, 35) para retirar las nanofibras que permanecen sobre las superficies cilíndricas (34, 36) manteniendo la continuidad eléctrica de estas superficies (34, 36) garantizando de ese modo el electrohilado continuo de las nanofibras sobre y entre las superficies cilíndricas en rotación (31).

El módulo de deposición de nanofibras (C) comprende una tabla de deposición (10), de forma circular, posicionada entre las generatrices de los cilindros colectores (6, 30), con una superficie plana perpendicular al eje del tubo capilar de electrohilado (4), donde las nanofibras, electrificadas entre los cilindros colectores (6, 30), se depositan por acción de rotación (31) de los mismos.

La tabla de deposición (10) tiene una superficie con orificios (9), extendiéndose hasta una cámara (42), que se encuentra dentro de la tabla (10), estando conectada esta cámara (42) por un canal (11) a una bomba de vacío (21).

Las nanofibras depositadas (8) se unen a la tabla de deposición (10) por acción de la fuerza de succión (43), generada por el vacío en los orificios de la superficie de tabla de deposición (10). Estas nanofibras (8), unidas a la tabla (10), separadas de su parte fija sobre las superficies cilíndricas (34, 36) de los cilindros colectores (6, 30) por un efecto de estiramiento de su sección transversal, debido al movimiento de rotación continuo (31) de los cilindros colectores (6, 30).

La tabla de deposición (10) se mueve de manera linealmente paralela a su superficie (22) y tiene un movimiento de rotación (24) alrededor de su eje longitudinal, los movimientos lineales y de rotación de la tabla se realizan mediante motores eléctricos (39, 40) controlados por una unidad computarizada (20), el control de estos movimientos permite definir la organización bidimensional de la malla de nanofibras depositada sobre la tabla de deposición (81, 82, 83, 84).

Las nanofibras depositadas de manera continua (8) unidas a la superficie (9) de la tabla de deposición (10) están alineadas en diferentes direcciones por el movimiento de rotación de la tabla de deposición (24). La distancia entre las nanofibras depositadas se controla mediante el movimiento lineal de la tabla de deposición (22). La deposición continua de nanofibras, por las superficies de colector cilíndricas (34, 36), permite la formación de una malla de nanofibras bidimensional (81, 82, 83, 84), de organización y distribución controladas, sobre la superficie de la tabla de deposición (10). El control de la distancia (45, 47, 49, 52) entre las nanofibras depositadas sobre la tabla de deposición (10) permite controlar la porosidad de la malla bidimensional en el plano de la misma.

Después de que las mallas de nanofibras bidimensionales (81, 82, 83, 84) se forman sobre la superficie de la tabla de deposición (10), el movimiento lineal de la tabla de deposición en la dirección y orientación opuesta (60) al tubo capilar de electrohilado (4) determina el final de un ciclo de electrohilado.

Por lo tanto, es posible iniciar una nueva deposición de mallas de nanofibras bidimensionales (82) sobre las mallas previamente formadas (81), con una nueva organización de las nanofibras.

El número de capas (64, 65, 66) de mallas de nanofibras depositadas sobre la tabla se define por el grosor deseado (67) para cada matriz celular tridimensional (68), el grosor de las nanofibras depositadas y la magnitud de la presión de vacío generada sobre la superficie de la tabla de deposición (10) que controla el nivel de compactación de las capas de malla de nanofibras y, por lo tanto, la porosidad de la matriz tridimensional (68) a lo largo del grosor (67).

El módulo de electropulverización de células (D) comprende un contenedor (14), para contener y administrar una disolución con células en suspensión, normalmente una jeringa, y una bomba de inyección, conectada a un tubo capilar de electropulverización (13), conectado a una fuente de voltaje (17), configurada para proporcionar polaridad positiva (16), un soporte de longitud ajustable (15), un colector en forma de anillo (12) con un diámetro interno idéntico al diámetro de la tabla de deposición (10), teniendo este anillo polaridad negativa o neutra (18).

Después de la deposición de una o más capas de malla (81, 82, 83, 84) de nanofibras sobre la tabla de deposición (10), se mueve linealmente (55) hacia el módulo de electropulverización de células (D), hasta que esté centrado con el colector en forma de anillo (12), que presenta polaridad negativa o neutra (18). En esta posición, la tabla de deposición (10) inicia un movimiento de rotación (57) sobre su eje y el sistema de vacío se apaga, iniciando la siembra de las células (56) desde el tubo capilar de electropulverización (13), con polaridad positiva (16), en las mallas de nanofibras (81, 82, 83, 84), durante un cierto período de tiempo, dejando de ese modo la superficie de la malla de nanofibras con las células (58) distribuidas uniformemente.

Después de la electropulverización de las células (56), sobre las capas de mallas de nanofibras (81, 82, 83, 84), la tabla de deposición (10) se mueve (59) de nuevo al módulo colector de fibra, con el fin de proceder a un nuevo ciclo de deposición de otra capa o capas de mallas de nanofibras bidimensionales con orientación y distancia controladas entre nanofibras.

La tabla de deposición (10) se mueve alternativamente (55, 59) entre la posición del módulo colector de nanofibras, donde se depositan las nanofibras, y el módulo de electropulverización, donde las células (56) se siembran de manera controlada por la unidad computarizada (20), obteniendo de ese modo una matriz celular tridimensional (68) con nanofibras de alineación controlada y distribución celular uniforme a lo largo del grosor (67).

El número de capas de malla de nanofibras depositadas (64, 65, 66) sobre la tabla de deposición (10) y el número de veces que se produce la electropulverización de las células (56) sobre estas está definido por el grosor deseado (67) para la matriz celular tridimensional (68), por el grosor de las nanofibras depositadas, la magnitud de la presión de vacío generada sobre la superficie de la tabla de deposición que controla el nivel de compactación de las capas de malla de nanofibras y, por lo tanto, la porosidad de la matriz tridimensional a lo largo del grosor y la densidad celular deseada para la matriz celular tridimensional (68).

Las sucesivas capas bidimensionales de mallas de nanofibras, depositadas (81, 82, 83, 84) sobre la tabla de deposición (10), se mantienen en posición por la acción de una fuerza de succión (43) generada por la presión de vacío en los orificios de la superficie (9) de la tabla de deposición (10), que se comunican con una cámara (42), en su interior, conectada por un canal (11 ) a la bomba de vacío (21 ).

El control de la presión en la bomba de vacío (21) también está destinado a controlar las fuerzas de succión (43) sobre las fibras y el grado de compactación entre las capas de malla de nanofibras bidimensional formadas (81, 82, 83, 84) y, en consecuencia, la porosidad en la dirección perpendicular al plano de la capa de fibra depositada.

El control de la distancia entre el tubo capilar de electropulverización (4) con polaridad positiva y la generatriz de los cilindros colectores (6, 30), el control de la velocidad de rotación (31) de los cilindros colectores (6, 30), el control de los movimientos lineales (22) y de rotación (24) de la tabla de deposición, el control de la presión de la bomba de vacío (21), el control de la distancia entre el tubo capilar de electropulverización (13) de las células con polaridad positiva y el anillo colector (12), el control del voltaje sobre los tubos capilares (38) y las superficies cilíndricas (34, 36) de los cilindros colectores (6, 30) y el anillo colector (12) se realizan por una unidad de control computarizada (20), que, dependiendo de la alineación y la distancia deseadas de las nanofibras para cada capa de malla de nanofibras bidimensional depositada (81, 82, 83, 84), el grosor deseado (67) de la matriz (68) y la densidad celular deseada, programa la secuencia de todos los movimientos necesarios, presión de vacío y polaridad de los electrodos basándose en un programa informático desarrollado específicamente para este propósito.

2. Proceso de fabricación automatizado para matrices celulares tridimensionales con nanofibras con alineación controlada y distribución celular uniforme a lo largo del grosor

El proceso de la presente invención se lleva a cabo en varias etapas utilizando el sistema de fabricación (1), como se describe en la sección anterior.

La producción de matrices celulares tridimensionales con nanofibras de alineación controlada y distribución celular uniforme a lo largo del grosor se produce a partir del movimiento lineal alterno (55, 59) de la tabla de deposición (10) entre la posición del módulo colector de nanofibras, donde se depositan las nanofibras alineadas (8), y el módulo de electropulverización, donde las células (56) se siembran sobre las capas de malla de nanofibras bidimensional (81, 82, 83, 84).

Las nanofibras depositadas de manera continua (8) unidas a la superficie de tabla de deposición (10) están alineadas en diferentes direcciones por el movimiento de rotación de la tabla de deposición (24), la distancia entre las nanofibras depositadas se controla mediante el movimiento lineal (22 ) de la tabla de deposición (10), la deposición continua de nanofibras por las superficies cilíndricas (34, 36) de los cilindros colectores (6, 30) permite la formación de mallas de nanofibras bidimensionales (81, 82, 83, 84) de organización y distribución controladas en la superficie (9) de la tabla de deposición (10), el control de la distancia (45, 47, 49, 52) entre las fibras depositadas sobre la tabla de deposición (10) permite controlar la porosidad de la malla bidimensional en el plano de la misma.

El movimiento lineal controlado de la tabla de deposición en la dirección y orientación opuesta (60) al tubo capilar de electrohilado (4) permite la deposición de una nueva malla de nanofibras bidimensional sobre la malla anterior con una nueva organización de las nanofibras, siendo el número de capas (64, 65, 66) de mallas de nanofibras depositadas sobre la tabla (10) definido por el grosor deseado (67) de la matriz celular tridimensional (68), el grosor de las nanofibras depositadas y la magnitud de la presión de vacío generada sobre la superficie de la tabla de deposición (9) que controla el nivel de compactación de las capas de malla de nanofibras y, por lo tanto, la porosidad de la matriz tridimensional a lo largo del grosor (67).

Por lo tanto, el proceso para fabricar matrices celulares tridimensionales con nanofibras de alineación controlada y distribución celular uniforme a lo largo del grosor de la presente invención comprende las siguientes etapas:

a) exposición de las dos superficies cilíndricas (34, 36) de los cilindros colectores (6, 30) al tubo capilar de electrohilado (4) que contiene una disolución de un polímero dado adecuado para la matriz que va a producirse, realizándose tal exposición aplicando un voltaje negativo o neutro a las dos superficies cilíndricas (34, 36), induciéndose los cilindros colectores (6, 30) con un movimiento de rotación permanente (31) para el electrohilado continuo de nanofibras (5) sobre estas superficies y entre estas superficies (34, 36) en el área de la generatriz más cercana al tubo capilar de electrohilado (4);

b) deposición continua de las nanofibras electrohiladas (5) entre superficies cilíndricas (34, 36) sobre la superficie con orificios (9) de la tabla de deposición (10), posicionada entre las generatrices de los cilindros colectores (6, 30), por la acción del movimiento de rotación continuo (31) de los cilindros colectores (6, 30);

c) aplicación de presión de vacío a las nanofibras depositadas desde la tabla de deposición (10) a través de orificios en su superficie (9) para unir y compactar las nanofibras a la tabla de deposición (10);

d) movimientos lineales (22) y de rotación (24) de la tabla de deposición (10) para alinear y espaciar (44, 45, 47, 49, 52) las nanofibras depositadas por las superficies cilíndricas (34, 36) formando una malla de nanofibras bidimensional (81) de organización y distribución controladas sobre la superficie (9) de la tabla de deposición (10);

e) ruptura de las nanofibras unidas a la tabla de deposición (10) por el efecto de estirar su sección transversal debido al movimiento de rotación continuo (31) de los cilindros colectores (6, 30);

f) movimiento lineal (22 ) de la tabla de deposición (10) en la dirección y orientación opuesta (60) al tubo capilar de electrohilado (4);

g) repetición de los ciclos como se describe en la etapa (d), (c) y (f) tantas veces como sea necesario para depositar capas sucesivas de mallas de nanofibras bidimensionales (81, 82, 83, 84) sobre las mallas depositadas en el ciclo anterior;

h) interrupción del proceso de electrohilado de fibra;

i) movimiento lineal (55) de la tabla de deposición (10) a la posición concéntrica con el colector anular (12) del módulo de electropulverización de células;

j) detención de la aplicación de presión de vacío a la superficie de la tabla de deposición (9);

k) exposición de las mallas de nanofibras bidimensionales (81, 82, 83, 84) sobre la tabla de deposición (10) al tubo capilar de electropulverización (13) que contiene una disolución de un medio dado con células en suspensión, realizándose esta exposición aplicando un voltaje negativo o neutro (18) al anillo colector (12 ) alrededor de la tabla de deposición (10) durante un período de tiempo;

l) movimiento de rotación (57) de las mallas de nanofibras bidimensionales (81, 82, 83, 84) por acción de la rotación de la tabla de deposición (10) para una distribución celular uniforme (58) sobre la superficie de las mallas de nanofibras;

m) detención de la electropulverización de las células;

n) aplicación de la presión de vacío a la superficie de tabla de deposición (10);

o) movimiento lineal (59) de la tabla de deposición (10) a la posición entre las generatrices de los cilindros colectores (6, 30);

p) repetición de ciclos, como se describe en las etapas (a) a (o), tantas veces como sea necesario, los factores relacionados con la rotación (24) y el movimiento lineal de la tabla de deposición (22) en la etapa (d) pueden modificarse con respecto al ciclo anterior, para formar mallas de nanofibras bidimensionales con diferente alineación y distancia entre nanofibras que las obtenidas en el ciclo anterior.

En consecuencia, el movimiento controlado (27) de la tabla de deposición (10) en la dirección y orientación opuesta (60) al tubo capilar de electrohilado (4) después de un conjunto de capas de mallas de fibras depositadas seguido de electropulverización de las células (56) permite la acumulación de capas sucesivas de mallas de nanofibras bidimensionales (81, 82, 83, 84) con células (58) y la formación de una matriz celular tridimensional (68) con nanofibras de alineación controlada y distribución celular uniforme con un grosor (67) dependiente del número de capas (64, 65, 66) de fibras depositadas, el grosor de las nanofibras y el grado de compactación entre capas que se controla mediante presión de vacío y la presión de vacío une las fibras a la tabla.

El proceso de fabricación de matrices celulares tridimensionales (68) con nanofibras de alineación controlada y distribución celular uniforme a lo largo del grosor (67) tiene lugar de manera continua realizando sucesivamente las diversas etapas para la formación de capas bidimensionales de nanofibras y electropulverización de células, según lo anterior.

3. Caracterización de matrices tridimensionales con nanofibras de alineación controlada y distribución celular uniforme a lo largo del grosor

El grosor de matriz obtenido varía según el número de capas depositadas de mallas de nanofibras, el grosor de estas nanofibras y el grado de compactación entre capas, este última controlado por la presión de vacío ejercida sobre las capas de fibras depositadas sobre la superficie de la tabla de deposición.

Por otro lado, la alineación y la distancia, entre las nanofibras en cada capa se controla mediante los movimientos lineales y de rotación diferentes de la tabla de deposición en cada etapa de deposición de fibra.

La densidad celular de la matriz de nanofibras tridimensionales se define por el número de capas de nanofibras depositadas, el grosor de las nanofibras depositadas, la magnitud de la presión de vacío generada en la superficie de la tabla de deposición que controla el nivel de compactación de las capas de malla de nanofibras, el número de veces que se produce la electropulverización de las células (56) sobre la malla de nanofibras bidimensional y la duración del período de electropulverización de células sobre las mallas.

En conclusión, implementando el sistema y el proceso de la presente invención, es posible fabricar matrices celulares tridimensionales (68) con nanofibras de alineación controlada y distribución celular uniforme a lo largo del grosor que se produce a partir del movimiento lineal alterno de la tabla de deposición entre la posición del módulo colector de nanofibras donde se depositan las nanofibras alineadas y el módulo de electropulverización donde las células se siembran sobre las capas de malla de nanofibras bidimensional, que pueden presentar varios patrones de alineación y distancia entre nanofibras, a lo largo del grosor de matriz, siendo este grosor también variable.

4. Aplicabilidad de matrices

Ejemplo: producción de una matriz celular tridimensional con nanofibras de alineación controlada y distribución celular uniforme a lo largo del grosor.

Este ejemplo se refiere a la producción de una matriz celular compuesta por 48 capas de mallas de nanofibras poliméricas alineadas y células de una línea celular de condrocitos para la ingeniería de cartílagos, con un grosor total de 3 mm.

El polímero que se usó para preparar la matriz fue policaprolactona (PCL) con un peso molecular de 80.000 Da. Se disolvió PCL con una concentración del 12 % de diclorometano (DCM) y dimetilformamida (DMF) en una relación de 1:1 (v:v) después de agitarse durante 12 horas a temperatura ambiente.

El polímero fundido se electrohiló luego usando un tubo capilar (4) con un flujo de 2,5 ml/h, un voltaje de 25 kV y una distancia de funcionamiento de 15 cm desde las superficies cilíndricas (34, 36) de los cilindros colectores (6, 30).

En esta configuración del sistema de electrohilado (1), los cilindros colectores (6, 30) tienen un diámetro de 80 mm y se mueven con una velocidad de rotación continua de 10 r. p. m. y las superficies cilíndricas (34, 36) se sometieron a un voltaje negativo de -3 kV.

La tabla de deposición tiene un diámetro de 6 mm, y los orificios sobre su superficie (9) se someten a una presión de vacío de 3300 Pa. Para la formación de cada capa de malla de nanofibras bidimensional con diferentes alineaciones y distancia entre nanofibras, diferentes combinaciones de velocidades y carreras de trabajo se programaron en movimiento lineal (22) y movimiento de rotación (24) de la tabla de deposición (10).

Las 48 capas de las mallas de nanofibras bidimensionales depositadas resultaron de realizar 6 ciclos consecutivos (6 veces) de 8 capas de mallas bidimensionales con diferentes alineaciones (81), (82), (83), (84), (85), (86), (87) y (88) en el siguiente orden, con las características de velocidad y carrera de la tabla de deposición (10) para cada malla de la siguiente manera:

- malla bidimensional (81) obtenida con una carrera lineal (46) de desde -1,5 mm hasta -0,7 mm a una velocidad lineal de 3 m/s y una carrera angular de 0°;

- malla bidimensional (82) obtenida con una carrera lineal (48) de desde 0,1 mm hasta -0,8 mm a una velocidad lineal de 6 m/s y una carrera angular (49) de 22,5°;

- malla bidimensional (83) obtenida con una carrera lineal (50) de desde 0 mm hasta 0,7 mm a una velocidad lineal de 1 m/s y una carrera angular (51) de 40°;

- malla bidimensional (84) obtenida con una carrera lineal (53) de desde 0,8 mm hasta 2 mm a una velocidad lineal de 2 m/s y una carrera angular (54) de 50°;

- malla bidimensional (85) obtenida con una carrera lineal de 1,5 mm a -0,7 mm a una velocidad lineal de 1 m/s y una carrera angular de 0°;

- malla bidimensional (86) obtenida con una carrera lineal de desde 0,1 mm hasta -0,8 mm a una velocidad lineal de 3 m/s y una carrera angular de -22,5°;

- malla bidimensional (87) obtenida con una carrera lineal de desde 0 mm hasta 0,7 mm a una velocidad lineal de 5 m/s y una carrera angular de -40°;

- malla bidimensional (88) obtenida con una carrera lineal de desde 0,8 mm hasta 2 mm a una velocidad lineal de 3 m/s y una carrera angular de -50°.

Para el proceso de electropulverización de células, se usó una línea celular de condrocitos humanos inmortalizada C28 / I2 y se mantuvo a 37 °C en una atmósfera humidificada de CO2 al 5 % en aire, en DMEM / F-12 (Sigma - Aldrich) suplementado con 10 % (v / v) de FBS (Sigma - Aldrich), un 1 % (v/v) de P/S (Sigma - Aldrich) y 0,25 |ig/ml de anfotericina B. Las células se recogieron antes de la confluencia usando una disolución de tripsina/EDTA (0,25 %; Sigma-Aldrich). Se suspendieron 1,00 x 10A6 condrocitos en 154 |il de medio de cultivo y se vertieron en una jeringa de plástico de 5 ml.

La suspensión de condrocitos se sometió a electropulverización con un caudal de 2 ml/h a 12,5 kV a través de un tubo capilar 27G/aguja ciega (13) (0,4 mm de diámetro y 1,5 mm de longitud) con una distancia entre la aguja y el colector en forma de anillo (12) de 70 mm, la tabla de deposición (10) se posicionó concéntricamente con el anillo colector (12). El anillo colector se sometió a un voltaje de -1 kV. En esta posición, la tabla de deposición (10) inició el movimiento de rotación (57) a una velocidad de 5 r. p. m. durante 3 s.

Al final de cada cuatro capas de malla de nanofibras bidimensional depositadas sobre la tabla de deposición (10), se movió 0,0625 mm en la dirección y orientación opuesta (60) al tubo capilar de electrohilado (4), que corresponde al grosor promedio de las cuatro capas de malla de nanofibras bidimensional depositadas. En total, la tabla de deposición se movió en la orientación opuesta del tubo capilar aproximadamente 3 mm, correspondiente al grosor de matriz (67) obtenido al final de las 48 capas depositadas.

Después de cada cuatro capas de malla depositadas (81, 82, 83, 84) la tabla de deposición se mueve (55) a la posición del módulo de electropulverización de células, el vacío sobre la tabla de deposición se apaga y las células (58) se siembran sobre las mallas, luego la tabla de deposición (10) se mueve (59) al módulo colector de nanofibras para la nueva deposición de cuatro capas de mallas de nanofibras (85, 86, 87, 88), el sistema de vacío se enciende nuevamente. Este proceso automatizado y alterno entre la deposición de las mallas de nanofibras y la siembra de células (58) sobre las mismas se repitió hasta que se alcanzó el grosor final (67) de la matriz de células de nanofibras alineadas (65).

La matriz tridimensional de fibras alineadas obtenida en este ejemplo presenta, como cartílago nativo, una alineación preferencial de las fibras en su área superficial paralela a la superficie, en el área intermedia no muestra ninguna alineación preferencial, y en el área más profunda, las fibras están alineadas de manera vertical con respecto a la superficie.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de fabricación automatizado para matrices celulares tridimensionales con nanofibras de alineación controlada y distribución celular uniforme a lo largo del grosor que comprende (a) un módulo de formación de nanofibras por electrohilado, (b) un módulo colector de nanofibras, (c) un módulo de deposición de las nanofibras recogidas, que forma mallas de nanofibras bidimensionales (81, 82, 83, 84) con alineación y distancia entre nanofibras controladas por una combinación de movimiento lineal (22) y de rotación (24) de la tabla de deposición (10), estas mallas se acumulan en capas sucesivas que forman el grosor de la matriz celular (67), la superficie con orificios (9) de la tabla de deposición (10) está conectada por un canal a una bomba de vacío (21 ), (d) un módulo de electropulverización de células, en el que el movimiento lineal (55) de la tabla de deposición (10) desde la posición en el módulo colector de nanofibras hasta la posición de electropulverización de células (56) siembra las células de las mallas de nanofibras previamente depositadas sobre la tabla de deposición (10) repitiendo la electropulverización de células de manera alternada con la deposición de mallas de nanofibras bidimensionales sucesivas, obteniendo de ese modo una distribución uniforme de células a lo largo del grosor de la matriz celular tridimensional, caracterizado porque:

a. el módulo de formación de nanofibras comprende un tubo capilar de electrohilado (4) con polaridad positiva y un soporte de longitud ajustable (3);

b. el módulo colector de nanofibras comprende dos cilindros colectores (6, 30) con ejes coaxiales y perpendiculares al eje de tubo capilar de electrohilado (4), cada cilindro está dotado de un movimiento de rotación continuo (31) a través de un motor eléctrico (7, 29) controlado por una unidad computarizada (20), la distancia entre las caras superiores de los dos cilindros colectores (6, 30) es igual al diámetro de la tabla de deposición de nanofibras (10), las superficies cilíndricas (34, 36) están hechas de material conductor con polaridad negativa o neutra (33), las nanofibras electrohiladas (5) se recogen sobre las superficies cilíndricas (34, 36) y entre las superficies cilíndricas (34, 36), este módulo está dotado de cepillos (32, 35) para retirar las nanofibras que permanecen sobre las superficies cilíndricas (34, 36) manteniendo la continuidad eléctrica de las superficies cilíndricas (34, 36) garantizando de ese modo el electrohilado continuo de las nanofibras sobre y entre las superficies cilíndricas (34, 36) rotatorias (31);

c. el módulo de deposición de nanofibras comprende una tabla de deposición (10) en una forma circular posicionada entre las generatrices de los cilindros colectores (6, 30) que tiene una superficie con orificios (9) perpendiculares al eje de tubo capilar de electrohilado (4) donde las nanofibras electrohiladas entre los cilindros colectores (6, 30) se depositan por acción de rotación (31) de los mismos, la tabla de deposición (10) tiene orificios que se extienden desde su superficie (9) hasta una cámara (42) que está dentro de la tabla de deposición (10), estando conectada esta cámara, por un canal (11 ), a una bomba de vacío (21 ), la tabla de deposición (10) se mueve de manera linealmente (22) paralela a su superficie (9) y hacia (27) el eje de tubo capilar de electrohilado (4), la tabla de deposición (10) tiene un movimiento de rotación (24) alrededor de su eje longitudinal, los movimientos lineales (22, 27) y de rotación (24) de la tabla de deposición (10) se realizan mediante motores eléctricos (39, 40, 41) controlados por una unidad computarizada (20), el control de estos movimientos permite la organización bidimensional de la malla de nanofibras (81, 82, 83, 84) permitiendo el control de su alineación sobre la superficie de tabla de deposición (10), así como la distancia (44, 45, 47, 49, 52) entre las nanofibras depositadas;

d. el módulo de electropulverización de células comprende un contenedor (14) para contener y suministrar una disolución con células en suspensión, normalmente una jeringa, y una bomba inyectora, conectada a un tubo capilar de electropulverización (13), conectado a una fuente de voltaje (17), configurada para proporcionar polaridad positiva (16), un soporte de longitud ajustable (15), un colector en forma de anillo (12) con un diámetro interno idéntico al diámetro de la tabla de deposición (10) teniendo este anillo polaridad negativa o neutra (18), la tabla de deposición (10) se mueve alternativamente (55, 59) entre la posición del módulo colector de nanofibras donde se depositan las nanofibras y el módulo de electropulverización donde las células (56) se siembran sobre las capas de malla de nanofibras bidimensional (81, 82, 83, 84);

en el que:

- las superficies cilíndricas (34, 36) con polaridad negativa o neutra (33), recogen las nanofibras (5) del tubo capilar de electrohilado (4) con polaridad positiva (38) de manera continua por la acción del movimiento de rotación (31) de los cilindros colectores (6, 30);

- a través del movimiento de rotación (31) de los cilindros colectores (6, 30) controlados por la unidad computarizada (20), las nanofibras electrohiladas (5) entre las superficies cilíndricas (34, 36) se depositan (8) sobre la superficie (9) de la tabla de deposición (10) estando las nanofibras unidas a la tabla de deposición (10) por la acción de la fuerza de succión (43) generada por el vacío en los orificios de la superficie (9) de la tabla de deposición (10), estas nanofibras (8) unidas a la tabla de deposición (10) se separan de su parte fija sobre las superficies cilíndricas (34, 36) por un efecto de estiramiento de su sección transversal, debido al movimiento de rotación continuo (31) de los cilindros colectores (6, 30);

- las nanofibras depositadas de manera continua que están unidas a la superficie (9) de la tabla de deposición (10) están alineadas en diferentes direcciones (81, 82, 83, 84) por el movimiento de rotación (24) de la tabla de deposición (10), la distancia (44, 45, 47, 49, 52) entre las nanofibras depositadas se controla por el movimiento lineal (22 ) de la tabla de deposición (10), todos los movimientos se controlan por una unidad computarizada (20), la deposición continua de nanofibras (8) sobre las superficies de colector cilíndrico (34, 36) permite la formación de mallas de nanofibras bidimensionales (81, 82, 83, 84) de organización y distribución controladas sobre la superficie (9) de la tabla de deposición (10), el control de la distancia (44, 45, 47, 49, 52) entre las nanofibras depositadas sobre la tabla de deposición (10) permite controlar la porosidad de la malla bidimensional en el plano de la misma;

- después de la formación de una o varias mallas bidimensionales (81, 82, 83, 84) de nanofibras sobre la superficie (9) de la tabla de deposición (10), el movimiento lineal (27) de la tabla de deposición (10) en la dirección y orientación opuesta (60) al tubo capilar de electrohilado (4) permite la deposición de nuevas mallas de nanofibras bidimensionales sobre las mallas anteriores, estando definido el número de capas (64, 65, 66) de mallas de nanofibras depositadas sobre la tabla por el grosor deseado (67) de la matriz celular tridimensional (68), el grosor de las nanofibras depositadas y la magnitud de la presión de vacío generada sobre la superficie (9) de la tabla de deposición (10) que controla el nivel de compactación de las capas de mallas de nanofibras y, por lo tanto, la porosidad de la matriz tridimensional a lo largo del grosor (67);

- después de la deposición de una o más capas de mallas de nanofibras sobre la tabla de deposición (10), se mueve linealmente (55) al módulo de electropulverización de células hasta que es concéntrica con el colector en forma de anillo (12 ), que tiene polaridad negativa o neutra (18), en esta posición la tabla de deposición (10) inicia el movimiento de rotación (57) alrededor de su eje y el sistema de vacío se apaga, comenzando la electropulverización de las células (56) desde el tubo capilar (13) con polaridad positiva (16) sobre las mallas de nanofibras (81, 82, 83, 84) durante un período de tiempo definido en función de la densidad celular deseada, obteniendo de ese modo las mallas de nanofibras sembradas con células (58) distribuidas uniformemente, después de sembrar las células, la tabla de deposición (10) se mueve (59) al módulo colector de fibras para proceder a una nueva deposición de una o más capas de mallas de nanofibras bidimensionales con orientación y distancia controladas entre nanofibras, intercalando sucesivamente de manera controlada por la unidad computarizada (20) la deposición de mallas de nanofibras (81,82, 83, 84) y la siembra de células (56), fabricando de ese modo una matriz celular tridimensional (68) con nanofibras de alineación controlada y distribución celular uniforme a lo largo del grosor (67);

- el número de capas (64, 65, 66) de mallas de nanofibras depositadas sobre la tabla de deposición (10) y el número de veces que se produce la electropulverización de células (56) sobre las mismas se define por el grosor deseado (67) de la matriz celular tridimensional (68), por el grosor de las nanofibras depositadas, la magnitud de la presión de vacío generada en la superficie de la tabla de deposición (10) que controla el nivel de compactación de las capas de malla de nanofibras y, por lo tanto, la porosidad de la matriz tridimensional a lo largo del grosor (67) y la densidad celular deseada de la matriz celular tridimensional.

2. Sistema de fabricación (1) según la reivindicación anterior que comprende una unidad de control computarizada (20) y un programa informático.

3. Un proceso automatizado para producir matrices celulares tridimensionales con alineación controlada y nanofibras de distribución celular uniforme a lo largo del grosor que tiene lugar en el sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2 , caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

a. exposición de las dos superficies cilíndricas (34, 36) de los cilindros colectores (6, 30) al tubo capilar de electrohilado (4) que contiene una disolución de un polímero dado adecuada para la función de la matriz que va a producirse, realizándose tal exposición aplicando un voltaje negativo o neutro a las dos superficies cilíndricas (34, 36) estimulándose los cilindros colectores (6, 30) por el movimiento de rotación (31) para el electrohilado continuo de nanofibras (5) sobre estas y entre estas superficies (34, 36) en el área de la generatriz más cercana al tubo capilar de electrohilado (4);

b. deposición continua de las nanofibras electrohiladas entre superficies cilíndricas (34, 36) sobre la superficie con orificios (9) de la tabla de deposición (10), posicionada entre las generatrices de los cilindros colectores (6, 30), por acción del movimiento de rotación continuo (31) de los cilindros colectores (6, 30);

c. aplicación de presión de vacío a las nanofibras depositadas desde la tabla de deposición (10) obtenidas a través de orificios en su superficie (9) para unir y compactar las nanofibras a la tabla de deposición (10);

d. movimientos lineales (22) y de rotación (24) de la tabla de deposición (10) para alinear y espaciar las nanofibras depositadas por las superficies cilíndricas (34, 36), formando una malla de nanofibras bidimensional (81, 82, 83, 84) de organización y distribución controladas sobre la superficie de tabla de deposición (10);

e. ruptura de las nanofibras (8) unidas a la tabla de deposición (10) por el efecto de estirar su sección transversal, por acción del movimiento de rotación (31) de los cilindros colectores (6, 30);

f. movimiento lineal (27) de la tabla de deposición (10) en la dirección y orientación opuesta (60) al tubo capilar de electrohilado (4);

g. repetición de ciclos como se describe en la etapa (d), (c) y (f) tantas veces como sea necesario para depositar capas sucesivas de mallas de nanofibras bidimensionales sobre las mallas depositadas en el ciclo anterior;

h. interrupción del proceso de electrohilado de fibra;

i. movimiento lineal (55) de la tabla de deposición (10) a la posición concéntrica con el colector anular (12) del módulo de electropulverización de células;

j. interrupción de la aplicación de presión de vacío sobre la superficie de tabla de deposición (10);

k. exposición de las mallas de nanofibras bidimensionales (81, 82, 83, 84) sobre la tabla de deposición (10) al tubo capilar de electropulverización (13) que contiene una disolución de un medio dado con células en suspensión, realizándose esta exposición aplicando un voltaje negativo o neutro (18) al anillo colector (12 ) alrededor de la tabla de deposición (10) durante un período de tiempo;

l. movimiento de rotación (57) de la tabla de deposición (10) durante un período de tiempo para la siembra celular uniforme y el control de densidad celular en el plano de las mallas de nanofibras depositadas (81, 82, 83, 84) sobre la tabla de deposición (10);

m. detención de la electropulverización de células (56);

n. aplicación de presión de vacío a la superficie de la tabla de deposición (10);

o. movimiento lineal (59) de la tabla de deposición (10) a la posición entre las generatrices de los cilindros colectores (6, 30);

p. repetición de ciclos, como se describe en las etapas (a) a (o), tantas veces como sea necesario, los parámetros de rotación (24) y el movimiento lineal (22) de la tabla de deposición (10) en la etapa (d) pueden modificarse con respecto al ciclo anterior, para formar mallas de nanofibras bidimensionales con alineación y distancia entre nanofibras (81, 82, 83, 84) que son diferentes de las obtenidas en el ciclo anterior;

en el que:

el movimiento controlado (27) de la tabla de deposición (10) en la dirección y orientación opuesta (60) al tubo capilar de electrohilado (4) después de cada capa de fibras depositadas seguido de electrohilado de las células permite la acumulación de capas sucesivas de mallas de nanofibras bidimensionales (81, 82, 83, 84) con células (58) y la formación de una matriz celular tridimensional (68) con nanofibras de alineación controlada y distribución celular controlada con un grosor (67) dependiente del número de capas (64, 65, 66) de fibras depositadas, el grosor de las nanofibras y el grado de compactación entre capas que se controla mediante presión de vacío y la misma presión de vacío une las fibras a la tabla.

4. El proceso automatizado para producir matrices celulares tridimensionales con nanofibras de alineación controlada y distribución celular uniforme a lo largo del grosor que, según la reivindicación anterior, se produce en el sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque los cilindros colectores (6, 30) tienen superficies conductoras cilíndricas (34, 36) con un movimiento de rotación continuo (31) estando expuestas estas superficies de manera continua al tubo capilar de electrohilado (4), garantizándose la continuidad de la conductividad eléctrica de las superficies cilíndricas (34, 36) por la retirada ininterrumpida de las nanofibras depositadas sobre estas superficies mediante cepillos de limpieza (32, 35) en contacto permanente con estas superficies en el área de generatriz de los cilindros colectores (6, 30).

5. El proceso automatizado para producir matrices celulares tridimensionales con nanofibras de alineación controlada y distribución celular uniforme a lo largo del grosor que, según una cualquiera de las reivindicaciones 3 o 4, se produce en el sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2 , caracterizado porque la tabla de deposición (10) acumula de manera continua las nanofibras electrohiladas entre las superficies cilíndricas (34, 36) de los cilindros colectores (6, 30), integrando dicha tabla de deposición (10) orificios que se extienden desde su superficie (9) hasta una cavidad en su interior (42) estando conectada esta cavidad (11) a una bomba de vacío (21) con control de presión, en el que la tabla de deposición (10) tiene un movimiento lineal (27) controlado hacia el eje de tubo capilar de electrohilado (4).

6. El proceso automatizado para producir matrices celulares tridimensionales con nanofibras de alineación controlada y distribución celular uniforme a lo largo del grosor que según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, se produce en el sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2 , caracterizado porque la alineación y la distancia entre las nanofibras depositadas sobre la superficie de tabla de deposición (9) se realiza mediante la combinación de movimientos de rotación (24) y lineales (22) de la tabla de deposición (10) formando una malla de nanofibras bidimensional (81, 82, 83, 84) de organización y distribución controladas, estando controlada la porosidad en el plano de la malla bidimensional de nanofibras depositadas por la distancia (44, 45, 47, 49, 52) entre las nanofibras depositadas.

7. El proceso automatizado para producir matrices celulares tridimensionales con nanofibras de alineación controlada y distribución celular uniforme a lo largo del grosor que según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, se produce en el sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque la fuerza de succión (43) generada por el vacío en los orificios de la superficie (9) de la tabla de deposición (10) une las nanofibras a la tabla de deposición (10) separando estas nanofibras de la parte todavía unida a las superficies cilíndricas (34, 36) por el efecto de estirar su sección transversal, por acción del movimiento de rotación continuo (31) de los cilindros colectores (6, 30).

8. El proceso automatizado para producir matrices celulares tridimensionales con nanofibras de alineación controlada y distribución celular uniforme a lo largo del grosor que según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, se produce en el sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2 , caracterizado porque el movimiento lineal de la tabla de deposición en la dirección y orientación opuesta (60) al tubo capilar de electrohilado (4) permite capas sucesivas de mallas de nanofibras bidimensionales (81, 82, 83, 84) sobre la tabla de deposición (10) para formar una estructura de matriz celular tridimensional (68) de fibras en la que su grosor (67) depende del número de capas (64, 65, 66) de fibras bidimensionales depositadas, el grosor de las fibras y el grado de compactación entre capas deseado por la acción del sistema y la presión de vacío.

9. El proceso automatizado para producir matrices celulares tridimensionales con nanofibras de alineación controlada y distribución celular uniforme a lo largo del grosor que según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 8, se produce en el sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2 , caracterizado porque el control de presión en la bomba de vacío (21) controla el grado de compactación entre las capas de nanofibra bidimensionales (81, 82, 83, 84) formadas sobre la tabla de deposición (10) y la porosidad en la dirección perpendicular al plano de la capa de nanofibra depositada.

10. El proceso automatizado para producir matrices celulares tridimensionales con nanofibras de alineación controlada y distribución celular uniforme a lo largo del grosor que según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 9, se produce en el sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2 , caracterizado porque los diversos parámetros de velocidad, posición, voltaje y vacío se controlan por una unidad de control computarizada (20) y por un programa informático.

11. El proceso automatizado para producir matrices celulares tridimensionales con nanofibras de alineación controlada y distribución celular uniforme a lo largo del grosor que según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 10, se produce en el sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2 , caracterizado porque el movimiento lineal de la tabla de deposición (55) desde la posición de generatriz de los cilindros colectores (6, 30) a la posición del tubo capilar de electropulverización de células centrado en el anillo colector (12 ) permite la siembra de las células sobre las mallas de nanofibras bidimensionales (81, 82, 83, 84) previamente depositadas sobre la superficie de tabla de deposición (10).

12. El proceso automatizado para producir matrices celulares tridimensionales con nanofibras de alineación controlada y distribución celular uniforme a lo largo del grosor que según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 11, se produce en el sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2 , caracterizado porque al final del movimiento de tabla de deposición (55) a la posición del tubo capilar de electropulverización de células, la aplicación de presión de vacío a la superficie de la tabla de deposición (9) se interrumpe evitando la succión del medio de suspensión celular, la presión de vacío se aplica nuevamente a la superficie de la tabla de deposición (9) al comienzo del movimiento lineal (59) a la posición de deposición de las nanofibras por los cilindros colectores (6, 30).

13. El proceso automatizado para producir matrices celulares tridimensionales con nanofibras de alineación controlada y distribución celular uniforme a lo largo del grosor que según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 12, se produce en el sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el movimiento de rotación (57) de la tabla de deposición (10) durante un período de tiempo, cuando esta última está en la posición centrada con el anillo colector (12) y el tubo capilar de electropulverización de células (13), permite la siembra celular uniforme y el control de la densidad celular en el plano de las mallas de nanofibras depositadas (81, 82, 83, 84) sobre la tabla de deposición (10).

14. El proceso automatizado para producir matrices celulares tridimensionales con nanofibras de alineación controlada y distribución celular uniforme a lo largo del grosor que según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 13, se produce en el sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2 , caracterizado porque los movimientos lineales alternos (55, 59) de la tabla de deposición (10) entre la posición de generatriz de los cilindros colectores (6, 39) para la deposición de las mallas de nanofibras (81, 82, 83, 84) y la posición del tubo capilar de electropulverización de células (13) permite la deposición alterna de las mallas de nanofibras y la siembra celular (56), fabricando de ese modo una matriz celular tridimensional (68) con nanofibras de alineación controlada y distribución celular uniforme a lo largo del grosor (67).