Producción por manufactura aditiva de andamios con propiedades antimicrobianas a partir de Propóleos de Tame (Arauca) para regeneración ósea

Abstract

Una alternativa para solucionar la problemática de los defectos es la manufactura aditiva, específicamente en el diseño y fabricación de dispositivos de reemplazamiento óseo. Sin embrago, la posibilidad de fallo debido a infecciones requiere mejoras en el potencial antimicrobiano de estos dispositivos. En esta tesis se propuso desarrollar por manufactura aditiva andamios antimicrobianos potencializados con extractos de propóleos para regeneración ósea. Se utilizó un diseño de experimentos factorial fraccional en la formulación de una pasta cerámica empleada como tinta de impresión 3D para fabricar andamios con geometría TPMS Gyroid, los cuales se impregnaron con extractos etanólicos de propóleos (EEP). Se evaluó la actividad antimicrobiana de los EEP y de los andamios impregnados con EEP (AI) frente a Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis y su co-cultivo midiendo zonas de inhibición y la viabilidad de biopelículas. En pruebas in vitro se evaluó la interacción de los andamios con cultivos celulares de osteosarcoma humano (SaOS) y células madre mesenquimales humanas (bmMSC) en términos de proliferación celular (Ensayo alamar blue) y actividad metabólica (Tinciones de Alizarin red, Von kossa y Actividad de la ALP). Los resultados mostraron que la manufactura aditiva posibilitó la fabricación de andamios cerámicos con geometrías complejas que se impregnaron exitosamente con extractos de propóleos provenientes de la Orinoquía Colombiana, los cuales mostraron inhibición considerable de las cepas estudiadas y reducción significativa en la viabilidad del co-cultivo por parte de los AI. La evaluación in vitro mostró una proliferación en los andamios superior al 90 % de las SaOS y cercano al 50 % de las bmMSC, además se encontraron zonas con señales de mineralización. En conclusión, los andamios fabricados son aptos para la reparación y regeneración ósea y presentan un potencial antibacteriano contra cepas relacionadas con el desarrollo de osteomielitis. (Tomado de la fuente)

The problem of bone defects has been addressed through additive manufacturing, specifically with bone replacement devices. However, the potential for failure due to infection makes it necessary to improve the antimicrobial potential of these devices. The aim of this thesis is to develop antimicrobial scaffolds by additive manufacturing, enhanced with propolis extract for bone regeneration. A fractional factorial design of experiments was used to formulate a ceramic paste used as a 3D printing ink to fabricate scaffolds with TPMS gyroid geometry. These were impregnated with ethanolic extracts of propolis (EEP). The antimicrobial activity of EEP and EEP-impregnated scaffolds (AI) was evaluated against Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis and their co-cultures by measuring inhibition zones and biofilm viability. In vitro assays evaluated the interaction of the scaffolds with cultures of human osteosarcoma cells (SaOS) and human mesenchymal stem cells (bmMSC) in terms of cell proliferation (Alamar blue assay) and metabolic activity (Alizarin red, Von Kossa staining and ALP activity). The results showed that additive manufacturing made possible the fabrication of ceramic scaffolds with complex geometries that were successfully impregnated with propolis extracts from the Colombian Orinoco region, which showed considerable inhibition of the studied strains and significant reduction in the viability of the co-culture by the IAs. The in vitro evaluation showed a proliferation in the scaffolds higher than 90 % of the SaOS and close to 50 % of the bmMSC, in addition, areas with signs of mineralization were found. In conclusion, the fabricated scaffolds are suitable for bone repair and regeneration and present antibacterial potential against strains related to the development of osteomyelitis.