Obtención de un scaffold cerámico de fosfato de calcio a partir de estereolitografía cerámica con potencial aplicación en regeneración de tejido óseo

Abstract

Los scaffolds basados en las superficies minimales triplemente periódicas (TPMS) cumplen las condiciones necesarias para ser utilizados en ingeniería tisular. En esta tesis se desarrollaron scaffolds de alúmina (Al) y fosfatos de calcio (CaP) a través de la técnica de estereolitografía cerámica, utilizando geometrías TPMS Giroide y Schwartz P. para ser aplicados en la regeneración de tejidos óseos. Se realizaron suspensiones con cargas cerámicas de 35, 40 y 50 vol% con los dos materiales, las cuales se caracterizaron reológicamente y para ambos casos se encontró que las más viscosas eran las de 50 vol% con valores de 1.1 Pa·s para CaP y de 0.78 Pa·s para Al. A las muestras impresas de ambos materiales se les hizo un tratamiento térmico para eliminar la resina y sinterizar los cuerpos cerámicos. A los andamios híbridos y cerámicos se les tomaron imágenes digitales, SEM y FESEM. Las contracciones volumétricas más altas fueron las de las muestras con menor porcentaje de carga (35 vol%) de geometría giroide, con valores de 58.4% para las de Al y de 79.4% para los de CaP. Las muestras que más cantidad de grietas presentaron fueron las de Al con geometría Schwartz P. Los scaffolds que presentaron mayor resistencia a la compresión fueron los híbridos para ambos materiales. La geometría giroide de Al sinterizada presentó resistencias más altas que la Schwartz P, siendo la de 50Al la mejor con un valor de 0.4 ± 0.2 MPa. En el caso de CaP sinterizados la mayor resistencia mecánica fue para 50CaP con un valor de 0.83 ± 0.06 MPa. Dichos valores son comparables con los del hueso esponjoso y cortical. Finalmente, los scaffolds de 50 vol% de Al y CaP se impregnaron con extractos de propóleos de Tame, Arauca, Colombia. Para los de Al se evaluó la actividad antimicrobiana, demostrando que existe una mejor respuesta frente a S. aureus que a E. Coli. Para los de CaP, se evaluó la citotoxicidad y proliferación celular, demostrando que el material con y sin propóleo no presenta efectos tóxicos sobre las células y que existe una mejor respuesta de crecimiento celular en aquellos que están impregnados. (Tomado de la fuente)

Scaffolds based on triple periodic minimal surfaces (TPMS) satisfy the necessary conditions to be used in tissue engineering. In this thesis, alumina (Al) and calcium phosphate (CaP) scaffolds were developed through the ceramic stereolithography technique, using TPMS gyroid and Schwartz P geometries to be applied in bone tissue regeneration. Suspensions with ceramic fillers of 35, 40 and 50 vol% were made with the two materials, which were characterized rheologically and for both cases it was found that the most viscous were those of 50 vol% with values of 1.1 Pa·s for CaP and 0.78 Pa·s for Al. The printed samples of both materials were heat treated to remove the resin and sinter the ceramic bodies. Digital photographs, SEM and FESEM were taken of the hybrid and ceramic scaffolds. The highest volumetric shrinkages were those of the samples with the lowest percentage of load (35 vol%) of gyroid geometry, with values of 58.4% for Al and 79.4% for CaP. The samples with the highest number of cracks were those of Al with Schwartz P geometry. The scaffolds with the highest compressive strength were the hybrids for both materials. The Sintered Al gyroid geometry presented higher strengths than the Schwartz P, being the 50Al the best with a value of 0.4 ± 0.2 MPa. In the case of sintered CaP, the highest mechanical strength was for 50CaP with a value of 0.83 ± 0.06 MPa. Such values are comparable with those of cancellous and cortical bone. Finally, the 50 vol% Al and CaP scaffolds were impregnated with propolis extracts from Tame, Arauca, Colombia. The antimicrobial activity of the Al scaffolds was evaluated, demonstrating a better response to S. aureus than to E. coli. For CaP, cytotoxicity and cell proliferation were evaluated, demonstrating that the material with and without propolis did not present toxic effects on the cells and that there was a better response to cell growth in those that were impregnated.