Desarrollo y evaluación de bioandamios en polímeros biocompatibles obtenidos por manufactura aditiva para la ingeniería de tejidos
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Español
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Resumen
Mediante el diseño paramétrico se desarrolló un bioandamio con posible aplicación en ingeniería de tejidos, fabricado por manufactura aditiva en un biopolímero y evaluado en Fluido Biológico Simulado (FBS). OBJETIVO: El propósito del estudio fue diseñar un bioandamio paramétrico que imitara la estructura del tejido óseo trabecular y fabricarlo mediante manufactura aditiva con un biopolímero para evaluar su morfología y degradación en FBS. MÉTODO: Estudio experimental. Se diseñaron tres estructuras parametrizadas con base en la porosidad y el diámetro de fibra extruido mediante superficies mínimas triplemente periódicas (TPMS), celdas Voronoi y de celosía, con un programa de modelado 3D y retopología de la malla previa a la manufactura aditiva. En la bibliografía se identificó el PLLA como biopolímero para tejido óseo y se caracterizaron dos materiales comerciales de PLA. La técnica de manufactura aditiva se eligió con el método AHP y se evaluó la fabricación por extrusión de material. El bioandamio sometido a degradación en un FBS se caracterizó mediante IR y SEM, y ensayos a compresión complementados con simulación numérica. RESULTADOS: Se obtuvo un bioandamio TPMS con un 71% de porosidad teórica, fabricado por extrusión de material usando un PLA comercial que evidenció degradación térmica y biodegradación por hidrólisis en FBS; además, presentó poros irregulares interconectados con diámetros entre 520 μm y 620 μm y fibras con espesores del orden de 150 μm. Los ensayos experimentales y de simulación mostraron un comportamiento ortotrópico, característico de la manufactura aditiva, con colapso progresivo de celdas, sin fractura frágil y rigidez dentro del rango reportado para el hueso trabecular. CONCLUSIÓN: El bioandamio imita la arquitectura ósea trabecular con una geometría TPMS, y se puede fabricar en un biopolímero comercial tipo PLA por manufactura aditiva. Los resultados morfológicos, mecánicos y de degradación respaldan su uso para bioandamios óseos, aunque se requieren estudios biológicos. (Texto tomado de la fuente)
Abstract
Through parametric design, a bioscaffold with potential applications in tissue engineering was developed, manufactured additively using a biopolymer, and evaluated in Simulated Body Fluid (SBF). OBJECTIVE: The aim of this study was to design a parametric scaffold that mimics the structure of trabecular bone tissue and to manufacture it by additive manufacturing using a biopolymer in order to evaluate its morphology and degradation in SBF. METHOD: This was an experimental study. Three parametrized structures were designed based on porosity and extruded fiber diameter using triply periodic minimal surfaces (TPMS), Voronoi cells, and lattice architectures, with 3D modeling software and mesh retopology prior to additive manufacturing. PLLA was identified in the literature as a biopolymer suitable for bone tissue applications, and two commercial PLA materials were characterized. The additive manufacturing technique was selected using the AHP method, and material extrusion was evaluated for scaffold fabrication. The scaffold subjected to degradation in SBF was characterized by IR and SEM, and compression tests were performed and complemented with numerical simulation. RESULTS: A TPMS-based scaffold with 71% theoretical porosity was obtained, manufactured by material extrusion using a commercial PLA that exhibited thermal degradation and hydrolytic biodegradation in SBF and showed irregular interconnected pores with diameters between 520 μm and 620 μm and fibers with thicknesses on the order of 150 μm. Experimental tests and simulations revealed an orthotropic behavior, characteristic of additive manufacturing, with progressive cell collapse, no brittle fracture, and stiffness within the range reported for trabecular bone. CONCLUSION: The scaffold mimics trabecular bone architecture through a TPMS geometry and can be manufactured in a commercial PLA-type biopolymer by additive manufacturing. The morphological, mechanical and degradation results support its use as a bone tissue scaffold, although further biological studies are required
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Descripción
ilustraciones a color, diagramas, fotografías, tablas