Diseño de las trabéculas de un scaffold para ingeniería de tejidos óseos considerando cargas mecánicas en dos dimensiones

Abstract

En este trabajo se presenta una metodología de diseño para la obtención de trabéculas orientadas en un scaffold para ingeniería de tejidos óseos, enfocándose especialmente en condiciones de carga mecánica en dos dimensiones. Se propone un modelo basado en el método de los elementos finitos que permite orientar y distribuir las trabéculas en función de la dirección del esfuerzo principal máximo dentro de una geometría definida. Para validar la metodología, se analizan diferentes configuraciones geométricas mediante la generación de modelos CAD. El estudio abarca desde el diseño de una cuña con trabéculas orientadas para una osteotomía de tibia proximal de cuña abierta, hasta la evaluación de dos secciones geométricas de la mandíbula. Adicionalmente, se evalúa el comportamiento mecánico de los scaffolds mediante ensayos de compresión, cuyos resultados confirman que las trabéculas se alinean predominantemente con la dirección de los esfuerzos principales máximos. Finalmente, los hallazgos demuestran que la metodología de orientación trabecular propuesta contribuye a mejorar la resistencia mecánica y la eficiencia estructural de los scaffolds diseñados para aplicaciones en regeneración ósea. (Texto tomado de la fuente)

This paper presents a design methodology to generate oriented trabeculae within a scaffold intended for bone tissue engineering, with a specific focus on two-dimensional mechanical loading conditions. A finite element method-based model is proposed to guide the orientation and distribution of trabeculae according to the direction of the maximum principal stress within a defined geometry. To validate the methodology, various geometric configurations are analyzed through the generation of CAD models. The study ranges from the design of an oriented trabecular wedge for a medial open-wedge proximal tibial osteotomy to the evaluation of two different cross-sections of the mandible. Additionally, the mechanical performance of the scaffolds is assessed through compression tests, with results confirming that the trabeculae predominantly align with the direction of the maximum principal stresses. Finally, the results show that the proposed trabecular orientation strategy improves the mechanical strength and structural efficiency of scaffolds designed for bone regeneration applications.