Alginato es un polímero natural del tipo polisacárido soluble en agua, obtenido a partir de algas o de microorganismos recombinantes como Azotobacter vinelandii [99]. Es un polianión compuesto de 2 unidades monoméricas repetitivas: -D-manuronato (unidades M) y -L-guluronato (unidades G) unidas mediante enlaces (1-4) [35], [65], [66], [100], [101]. Las propiedades físicas y mecánicas de alginato dependen de la longitud y proporción de bloques de guluronato presentes en la cadena; alginato en solución acuosa forma un hidrocoloide, el cual gelifica ionotrópicamente por la adición de iones divalentes como calcio [102] o bario y es nuevamente solubilizado el gel cuando esos cationes son removidos o secuestrados. Se ha demostrado que la unión del calcio se hace al bloque G [66], generando una estructura repetitiva en la cual la cadena de alginato superior se une a la inferior en los bloques G a través de puentes con el calcio, dando origen a una estructura similar a la de una “caja de huevos” [103]. Alginato ocupa una posición importante dentro de los distintos biopolímeros disponibles para la producción de soportes
inmunoaislantes que previenen la destrucción del injerto por respuesta inmune y favorecen la difusión de nutrientes, oxígeno, factores secretados y productos catabólicos porque cumple con las necesidades de biocompatibilidad e integridad/estabilidad por largo tiempo, no interfiere con la función celular de las células inmovilizadas y finalmente la encapsulación se puede realizar en condiciones ambientales suaves como temperatura corporal, pH fisiológico y soluciones isotónicas [104], [105]. El entrecruzamiento del alginato es instantáneo, tan pronto entra en contacto con los iones divalentes, por lo cual la formación de gotas o micro-gotas que se descargan sobre la solución entrecruzante, ha permitido el atrapamiento de células o proteínas en estructuras esféricas. Para la generación de películas, se suele servir el alginato de sodio y se coloca una membrana de policarbonato con un tamaño de poro de 3.0 m sobre la cual se adiciona la solución de cloruro de calcio, de tal manera que la solución se difunda y se realice el entrecruzamiento lentamente [32]; también se pueden adicionar glucono--lactona, el cual actúa como quelante del calcio que es liberado lentamente y de esta forma induce la gelificación [106], [107], [108].
La resistencia del gel puede ser manipulada por la variación en la composición y concentración de los bloques del alginato, por alteración del método de entrecruzamiento y mediante ajuste de la densidad de entrecruzamiento o tamaño de la red; como solamente los bloques G participan en el intercambio iónico, la resistencia del gel depende de la relación de monómeros M:G y la longitud de los bloques G [66]. Los residuos G están en una conformación alternada 1C4 y secuencia pareada-G, haciendo una hebra cuya estructura es plegada que toma la forma de caja de huevos, formando cavidades para acomodar cationes divalentes en un tipo de enlace quelante [109].
En el campo de Ingeniería Tisular, alginato se ha empleado para la microencapsulación de células, las cuales son capaces de secretar productos terapéuticos que son inmovilizadas e inmunoprotegidas dentro del material biocompatible, principalmente islotes de Langerhans [110], [111], condrocitos [112], [113] y como soporte para la generación de equivalentes de córnea [114]. Adicionalmente, alginato exhibe propiedades hemostáticas [88], las cuales han sido aprovechas para la generación de suturas para heridas [23], [113] lo que ha dado lugar a aplicaciones comerciales como Kaltostat ® (Convatec), Fibracol
plus (apósito a base de colágeno y alginato, Johnson & Johnson), AlgicellTM (Derma Sciences) AlgiSite MTM (Smith & Nephew), Comfeel PlusTM (Coloplast), KaltostatTM (ConvaTec), SorbsanTM (UDL Laboratories) y TegagenTM (3M Healthcare) [115].
En cuanto a la encapsulación de fibroblastos, Hunt et al. [116] demostraron que es posible encapsular fibroblastos murinos en geles de alginato de calcio de baja viscosidad, aunque las células permanecen mitóticamente inhibidas, las cuales proliferan normalmente una vez son liberadas del gel. En esta vía Pokrywczynska et al. [117] concluyen que alginato no es un material apropiado para la encapsulación de células con alta velocidad de crecimiento, como fibroblastos, ya que las células proliferan de manera descontrolada sin que haya integración con el soporte. Una ventaja que presentaría alginato en la encapsulación de fibroblastos es que no se contrae por la encapsulación de fibroblastos [102], como ocurre con otros materiales como el colágeno; adicionalmente, el uso de geles permite que existan condiciones más similares a las que se pueden tener en los tejidos, lo que favorece que las células tengan el mismo fenotipo que se podría esperar en el tejido nativo, lo cual no se tendría cuando se cultivan en superficies bi-dimensionales [102].
La literatura resulta bastante contradictoria en cuanto al efecto de la composición del alginato de sodio (relación G:M) en la respuesta inmune, ya que se ha reportado que una alta composición en unidades monoméricas G disminuye la respuesta inmune, mientras que otros autores muestran que es mejor un alginato con bajo contenido de unidades monoméricas G [118]. La conclusión a la cual se ha llegado en la actualidad es que la presencia de contaminantes en el alginato tiene un mayor impacto sobre la respuesta inmune que la composición del alginato; dichos componentes contaminantes suelen aparecer en mayor proporción en alginato con alto contenido de M al cual se unen polifenoles, endotoxinas y proteínas [110], [115], [119]. El uso de alginato de sodio purificado conlleva a que los estudios en modelos de experimentación animal no manifiesten respuesta inmune, tal como lo reportan Sayyar et al. [81].
Una de las desventajas del uso de alginato de sodio en cultivos celulares es la ausencia de proteínas de reconocimiento celular que limitan la adhesión celular a la superficie del polímero, al no unirse a las integrinas de las células de mamíferos [35], [117]; otra desventaja, es su limitada e incontrolable degradación in vivo porque los mamíferos son incapaces de llevar a cabo una degradación enzimática considerable y la degradación en
condiciones fisiológicas puede ocurrir lentamente de manera incontrolable [100], [120]. Esta degradación se debe fundamentalmente a la desorción del catión (calcio o bario) en el medio de cultivo, lo que conlleva a la desestabilización del gel. Adicionalmente, debido a su naturaleza hidrofílica la adsorción sobre la superficie de alginato de las proteínas de la matriz extracelular no se ve favorecida, por lo cual se hace necesario mezclarlo con proteínas de la matriz extracelular o secuencias de péptidos que sean capaces de unir los receptores celulares a las cadenas poliméricas [66] o elementos presentes en la matriz extracelular de las células [104], [113].
Esta vía se ha convertido en una posibilidad tecnológica para obtener alginato con capacidad para interactuar con las células. Mediante la introducción química de péptidos usando carbodiimida, acoplando los péptidos a los grupos carboxílicos del alginato [115], se ha introducido la secuencia arginina-glicina-ácido aspártico (RGD) la que presenta gran afinidad por los receptores de integrina presentes en varios tipos de células, como fibroblastos. En la actualidad, la Empresa Novamatrix (www.novamatrix.biz) produce y comercializa alginato modificado que posee secuencias de aminoácidos RGD bajo el nombre comercial de Novatach.