El papel de la mecánica hidrogélica viscoelástica no lineal en el cultivo celular y la transducción

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los biomateriales
• Mecanobiología celular
• Reología

Sus antecedentes:

• La mecanotransducción celular está influenciada por las propiedades mecánicas de la matriz extracelular (ECM).
• El diseño del hidrogel se ha centrado principalmente en la rigidez, descuidando otros aspectos mecánicos cruciales como la viscoelasticidad y la plasticidad.
• La viscoelasticidad no lineal, donde las respuestas mecánicas dependen de la magnitud de la tensión/deformación aplicada, es un área poco explorada en los biomateriales que imitan la ECM.

Objetivo del estudio:

• Examinar la manifestación y la relevancia biológica de la viscoelasticidad no lineal en los hidrogeles de uso común.
• Discutir enfoques experimentales y matemáticos para detectar e interpretar comportamientos viscoelásticos no lineales en hidrogeles.
• Abogar por la integración de la viscoelasticidad no lineal como parámetro de diseño en los hidrogeles miméticos ECM de próxima generación.

Principales métodos:

• Revisión de la literatura sobre el comportamiento mecánico del hidrogel y su relevancia biológica.
• Análisis de enfoques experimentales, incluida la reología de corte oscilatorio, para detectar efectos viscoelásticos no lineales.
• Discusión de estrategias de modelado matemático para la interpretación de fenómenos viscoelásticos no lineales.

Principales resultados:

• La evidencia sugiere que varios hidrogeles de cultivo celular ampliamente utilizados exhiben viscoelasticidad no lineal a niveles de estrés / tensión biológicamente relevantes.
• Tanto los hidrogeles de ablandamiento como los de endurecimiento pueden mostrar una relajación acelerada de la tensión y un aumento de la plasticidad debido a efectos no lineales.
• La viscoelasticidad no lineal influye en cómo las células perciben y responden a su entorno mecánico dentro de los andamios de hidrogel.

Conclusiones:

• La viscoelasticidad no lineal es una propiedad mecánica crítica, pero a menudo pasada por alto, de los hidrogeles miméticos ECM.
• Reconocer y utilizar la viscoelasticidad no lineal ofrece una vía para replicar con mayor precisión la mecánica de los tejidos nativos.
• La integración de la viscoelasticidad no lineal en el diseño de hidrogel puede avanzar en el cultivo celular, la medicina regenerativa y las aplicaciones de ingeniería tisular.