Candidate Polyurethanes Based on Castor Oil (Ricinus communis), with Polycaprolactone Diol and Chitosan Additions, for Use in Biomedical Applications

Abstract

Polyurethanes are widely used in the development of medical devices due to their biocompatibility, degradability, non-toxicity and chemical versatility. Polyurethanes were obtained from polyols derived from castor oil, and isophorone diisocyanate, with the incorporation of polycaprolactone-diol (15% w/w) and chitosan (3% w/w). The objective of this research was to evaluate the effect of the type of polyol and the incorporation of polycaprolactone-diol and chitosan on the mechanical and biological properties of the polyurethanes to identify the optimal ones for applications such as wound dressings or tissue engineering. Polyurethanes were characterized by stress-strain, contact angle by sessile drop method, thermogravimetric analysis, differential scanning calorimetry, water uptake and in vitro degradation by enzymatic processes. In vitro biological properties were evaluated by a 24 h cytotoxicity test using the colorimetric assay MTT and the LIVE/DEAD kit with cell line L-929 (mouse embryonic fibroblasts). In vitro evaluation of the possible inflammatory effect of polyurethane-based materials was evaluated by means of the expression of anti-inflammatory and proinflammatory cytokines expressed in a cellular model such as THP-1 cells by means of the MILLIPLEX® MAP kit. The modification of polyols derived from castor oil increases the mechanical properties of interest for a wide range of applications. The polyurethanes evaluated did not generate a cytotoxic effect on the evaluated cell line. The assessed polyurethanes are suggested as possible candidate biomaterials for wound dressings due to their improved mechanical properties and biocompatibility

Los poliuretanos se utilizan ampliamente en el desarrollo de dispositivos médicos debido a su biocompatibilidad, degradabilidad, no toxicidad y versatilidad química. Los poliuretanos se obtuvieron a partir de polioles derivados del aceite de ricino e isoforona diisocianato, con la incorporación de policaprolactona-diol (15% p/p) y quitosano (3% p/p). El objetivo de esta investigación fue evaluar el efecto del tipo de poliol y la incorporación de policaprolactona-diol y quitosano sobre las propiedades mecánicas y biológicas de los poliuretanos para identificar los óptimos para aplicaciones como apósitos para heridas o ingeniería de tejidos. Los poliuretanos se caracterizaron por tensión-deformación, ángulo de contacto por el método de gota sésil, análisis termogravimétrico, calorimetría diferencial de barrido, absorción de agua y degradación in vitro por procesos enzimáticos. Las propiedades biológicas in vitro se evaluaron mediante una prueba de citotoxicidad de 24 h utilizando el ensayo colorimétrico MTT y el kit LIVE/DEAD con la línea celular L-929 (fibroblastos embrionarios de ratón). La evaluación in vitro del posible efecto inflamatorio de los materiales a base de poliuretano se evaluó mediante la expresión de citocinas antiinflamatorias y proinflamatorias expresadas en un modelo celular como son las células THP-1 mediante el kit MILLIPLEX® MAP. La modificación de polioles derivados del aceite de ricino aumenta las propiedades mecánicas de interés para una amplia gama de aplicaciones. Los poliuretanos evaluados no generaron efecto citotóxico en la línea celular evaluada. Los poliuretanos evaluados se sugieren como posibles biomateriales candidatos para apósitos para heridas debido a sus mejores propiedades mecánicas y biocompatibilidad.