Evaluación de las propiedades mecánicas de un biomaterial compuesto por gelatina e hidroxiapatita obtenidos a partir de residuos de la piscicultura

Abstract

La demanda de soluciones efectivas y económicas para la reparación de defectos óseos ha aumentado a través del tiempo, impulsando a la comunidad científica al desarrollo de biomateriales que posean propiedades físicas y biológicas capaces de responder a las necesidades del tejido. En esta investigación se diseñó un biomaterial compuesto por gelatina e hidroxiapatita que se han obtenido a partir de los residuos del beneficio de tilapia plateada (Orechromis niloticus). Se estableció en primer lugar una metodología para la extracción de gelatina e hidroxiapatita, se observó la mezcla de estos dos componentes y cómo su interacción permitía diferentes presentaciones de biomaterial y se propuso el diseño de un proceso integral que usa las escamas como fuente para la obtención de una estructura tridimensional liofilizada (scaffold) buscando obtener propiedades mecánicas deseables para su potencial aplicación como implante óseo. Dentro del diseño se incorporó el uso de alginato de sodio como estrategia para mejorar la homogeneidad de las mezclas considerando el reto que representó la dispersión de hidroxiapatita en la gelatina y se reforzó la estructura entrecruzando la gelatina con glutaraldehído. Las caracterizaciones de las materias primas obtenidas y del scaffold liofilizado incluyeron la evaluación de propiedades térmicas (DSC, TGA), observaciones con métodos ópticos (DLS, microscopía óptica y 3D), difracción de rayos X, densidad, porosidad y resistencia a la compresión. Se obtuvieron valores comparables con los de la literatura en la mayoría de casos y se identificaron propiedades interesantes en las materias primas aplicables a otras áreas del conocimiento. Además, se evaluó la viabilidad celular de las materias primas (gelatina e hidroxiapatita) y prototipos finales. Como retos importantes para esta última etapa, se identificaron el control de la contaminación biológica, la concentración del agente entrecruzante y el pH. (Texto tomado de la fuente)

The scientific community has been driven to develop biomaterials to repair bone defects due to the increasing demand over time. These biomaterials should possess physical and biological properties, able to respond to the needs of the tissue. This research proposed the design of a biomaterial composed by fish gelatin and hydroxyapatite from residues of tilapia, trying to reach desirable specifications for applying as bone implant. In that way, raw materials were obtained from bones and scales of Nile tilapia (Orechromis niloticus); then, interaction and capability of mixtured components for obtaining an homogeneus biomaterial in different presentations were observed and, consequently, the design a freeze - dried composite scaffold was carried out. As reinforcement strategy, sodium alginate were included and fish gelatin was crosslinked by glutaraldehyde solutions. Some characterizations included thermal properties (DSC and TGA), observation through optical techniques (DLS, conventional microscopy and 3D microscopy), XRD, density, porosity and compressive strength. Cell viability assays allowed to identify improvement opportunities to control biological contamination, crosslinking techniques and pH.