Exploration of Bioengineered Scaffolds Composed of Thermo-Responsive Polymers for Drug Delivery in Wound Healing

Abstract

Innate and adaptive immune responses lead to wound healing by regulating a complex series of events promoting cellular cross-talk. An inflammatory response is presented with its characteristic clinical symptoms: heat, pain, redness, and swelling. Some smart thermo-responsive polymers like chitosan, polyvinylpyrrolidone, alginate, and poly(ε-caprolactone) can be used to create biocompatible and biodegradable scaffolds. These processed thermo-responsive biomaterials possess 3D architectures similar to human structures, providing physical support for cell growth and tissue regeneration. Furthermore, these structures are used as novel drug delivery systems. Locally heated tumors above the polymer lower the critical solution temperature and can induce its conversion into a hydrophobic form by an entropy-driven process, enhancing drug release. When the thermal stimulus is gone, drug release is reduced due to the swelling of the material. As a result, these systems can contribute to the wound healing process in accelerating tissue healing, avoiding large scar tissue, regulating the inflammatory response, and protecting from bacterial infections. This paper integrates the relevant reported contributions of bioengineered scaffolds composed of smart thermo-responsive polymers for drug delivery applications in wound healing. Therefore, we present a comprehensive review that aims to demonstrate these systems’ capacity to provide spatially and temporally controlled release strategies for one or more drugs used in wound healing. In this sense, the novel manufacturing techniques of 3D printing and electrospinning are explored for the tuning of their physicochemical properties to adjust therapies according to patient convenience and reduce drug toxicity and side effects.

Las respuestas inmunitarias innatas y adaptativas conducen a la cicatrización de heridas al regular una serie compleja de eventos que promueven la intercomunicación celular. Se presenta una respuesta inflamatoria con sus síntomas clínicos característicos: calor, dolor, enrojecimiento e hinchazón. Algunos polímeros inteligentes termosensibles como el quitosano, la polivinilpirrolidona, el alginato y la poli (ε-caprolactona) se pueden utilizar para crear andamios biocompatibles y biodegradables. Estos biomateriales termo-sensibles procesados ​​poseen arquitecturas 3D similares a las estructuras humanas, proporcionando soporte físico para el crecimiento celular y la regeneración de tejidos. Además, estas estructuras se utilizan como nuevos sistemas de administración de fármacos. Los tumores calentados localmente por encima del polímero reducen la temperatura crítica de la solución y pueden inducir su conversión en una forma hidrófoba mediante un proceso impulsado por la entropía, mejorando la liberación del fármaco. Cuando el estímulo térmico desaparece, la liberación de fármaco se reduce debido a la hinchazón del material. Como resultado, estos sistemas pueden contribuir al proceso de cicatrización de heridas acelerando la cicatrización de los tejidos, evitando el tejido cicatricial grande, regulando la respuesta inflamatoria y protegiendo de las infecciones bacterianas. Este documento integra las contribuciones informadas relevantes de los andamios de bioingeniería compuestos de polímeros termosensibles inteligentes para aplicaciones de administración de fármacos en la cicatrización de heridas. Por lo tanto, presentamos una revisión integral que tiene como objetivo demostrar la capacidad de estos sistemas para proporcionar estrategias de liberación controladas espacial y temporalmente para uno o más fármacos utilizados en la cicatrización de heridas. En este sentido, se exploran las novedosas técnicas de fabricación de impresión 3D y electrohilado para ajustar sus propiedades fisicoquímicas para ajustar las terapias de acuerdo con la conveniencia del paciente y reducir la toxicidad y los efectos secundarios de los medicamentos.