Incorporation of Chitosan in Polyurethanes Based on Modified Castor Oil for Cardiovascular Applications

Abstract

The increased demand for vascular grafts for the treatment of cardiovascular diseases has led to the search for novel biomaterials that can achieve the properties of the tissue. According to this, the investigation of polyurethanes has been a promising approach to overcome the present limitations. However, some biological properties remain to be overcome, such as thrombogenicity and hemocompatibility, among others. This paper aims to synthesize polyurethanes based on castor oil and castor oil transesterified with triethanolamine (TEA) and pentaerythritol (PE) and with the incorporation of 1% chitosan. Analysis of the wettability, enzymatic degradation, mechanical properties (tensile strength and elongation at break), and thermal stability was performed. Along with the evaluation of the cytotoxicity against mouse fibroblast (L929) and human dermal fibroblast (HDFa) cells, the hemolysis rate and platelet adhesion were determined. The castor-oil-based polyurethanes with and without 1% chitosan posed hydrophobic surfaces and water absorptions of less than 2% and enzymatic degradation below 0.5%. Also, they were thermally stable until 300 °C, with tensile strength like cardiovascular tissues. The synthesized castor oil/chitosan polyurethanes are non-cytotoxic (cell viabilities above 80%) to L929 and HDFa cells and non-thrombogenic and non-hemolytic (less than 2%); therefore, they are suitable for cardiovascular applications. © 2023 by the authors.

La creciente demanda de injertos vasculares para el tratamiento de enfermedades cardiovasculares ha llevado a la búsqueda de novedosos biomateriales que puedan alcanzar las propiedades del tejido. Según esto, la investigación de poliuretanos ha resultado un enfoque prometedor para superar las limitaciones actuales. Sin embargo, aún quedan por superar algunas propiedades biológicas, como la trombogenicidad y la hemocompatibilidad, entre otras. Este trabajo tiene como objetivo sintetizar poliuretanos a base de aceite de ricino y aceite de ricino transesterificado con trietanolamina (TEA) y pentaeritritol (PE) y con la incorporación de 1% de quitosano. Se realizaron análisis de la humectabilidad, degradación enzimática, propiedades mecánicas (resistencia a la tracción y alargamiento a la rotura) y estabilidad térmica. Junto con la evaluación de la citotoxicidad contra fibroblastos de ratón (L929) y fibroblastos dérmicos humanos (HDFa), se determinaron la tasa de hemólisis y la adhesión de plaquetas. Los poliuretanos a base de aceite de ricino con y sin 1% de quitosano presentaron superficies hidrófobas y absorciones de agua de menos del 2% y una degradación enzimática inferior al 0,5%. Además, eran térmicamente estables hasta 300 °C, con resistencia a la tracción como los tejidos cardiovasculares. Los poliuretanos de aceite de ricino/quitosano sintetizados no son citotóxicos (viabilidades celulares superiores al 80 %) para las células L929 y HDFa y no son trombogénicos ni hemolíticos (menos del 2 %); por lo tanto, son adecuados para aplicaciones cardiovasculares. © 2023 por los autores.