Figura 1: Modelos computacionales de soportes para la regeneración de tejido.

Diseño y Desarrollo de Andamios Biomiméticos por el Método de Elementos Finitos para Regeneración de Tejido Óseo

En el campo de la bioingeniería se encuentran en la búsqueda del desarrollo de soportes sintéticos (Figura 1) que permitan promover el crecimiento de tejido celular. Estos soportes se caracterizan por osteoinductivos y poseer las propiedades químicas, mecánicas, morfológicas y superficiales adecuadas para generar el microambiente ideal que permita la adhesión, proliferación, supervivencia y migración de las células y conformación de la  matriz extracelular.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Recientemente, se han creado andamios biomiméticos, combinando polímeros inertes con moléculas bioactivas asociadas a la matriz ósea; presentando características típicas del tejido para optimizar la funcionalidad del implante. El andamio debe poseer parámetros de diseño, tales como: una red de poros interconectados para facilitar la migración celular, el suministro de nutrientes y el oxígeno al interior del andamio; una tasa de degradación controlable, cuyos productos de degradación asociados sean biológicamente compatibles, proporcionar baja citotoxicidad, ocasionar poco daño al tejido circundante y generar mínimas reacciones inmunes.

Para el desarrollo de estos soportes se emplean biomateriales. Un biomaterial se define como un material no vivo, diseñado para la interacción con sistemas biológicos; a fin de evaluar, tratar, aumentar o reemplazar algún tejido, órgano o función del cuerpo.

Existe una gran variedad de biomateriales para la fabricación de estas estructuras, dentro de los cuales se encuentran los polímeros naturales, como los polisacáridos, colágeno, quitosano, derivados del ácido hialurónico, entre otros, que han demostrado resultados favorables en su integración biológica, sin embargo la desventaja principal del uso de estos materiales es su baja resistencia mecánica para soportar efectivamente el crecimiento del tejido en el cuerpo humano. 

Los biomateriales sintéticos, entre ellos metales, cerámicos y polímeros (Figura 2), se pueden mencionar el poli-etilenglicol (PEG), polivinil alcohol (PVA), el Poli-ácido láctico (PLA), polímeros que se han empleado como material de fabricación para andamios con propiedades físicas y mecánicas satisfactorias. Por otro lado, los materiales cerámicos, tales como las Hidroxiapatita (HA), el cual es un fosfato de calcio, posee una composición química muy similar a la composición mineral del hueso, por lo que es una biomaterial de gran interés para su uso en implantes óseos y dentales; y finalmente los metales, entre ellos el titanio y el acero quirúrgico, pioneros en el desarrollo de prótesis articulares e implantes dentales.

 

Figura 2: Clasificación de los biomateriales sintéticos en función de su naturaleza química.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

El objetivo inicial de este proyecto será el diseño y desarrollo de andamios biomiméticos para regeneración de tejido óseo, mediante el uso de herramientas computacionales, que permita la optimización de la arquitectura de la estructura sintética.

 

Área de conocimiento:

  • Desarrollo de dispositivos biomiméticos.

Investigadores:

Entes Participantes:

  • Instituto Nacional de Bioingenieía

  • Instituto Universitario de Tecnología Dr.  Federico Rivero Palacio

Financiamiento:

  • Fondo Nacional de Ciencia y Tecnología

 


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