Diseño de la estructura interna de un andamio (scaffold) para tejido óseo

Abstract

La ingeniería de tejidos óseos busca la regeneración de tejido óseo dañado o perdido. Los scaffolds son estructuras tridimensionales que proporcionan un andamiaje para el crecimiento de células y tejidos. Los avances en las tecnologías de manufactura aditiva (MA) han facilitado la fabricación de scaffolds complejos y personalizados. Este estudio evaluó el diseño y fabricación de scaffolds para ingeniería de tejido óseo basados en la arquitectura interna del hueso. Se utilizaron geometrías de poliedros y diagramas Voronoi con tamaños de celdas de 1.500 µm a 1.250 µm y trabéculas de 200 µm a 250 µm. Los scaffolds se fabricaron mediante estereolitografía (SLA). Se evaluó la precisión geométrica y dimensional de los scaffolds comparando el modelo CAD, STL y MA, así como su rugosidad superficial y propiedades mecánicas. Los resultados mostraron que las geometrías fabricadas presentaban poros cerrados en las esquinas entre celdas y en el centro de la celda unitaria. Esto se debe al proceso de manufactura, el tamaño de la celda y la complejidad geométrica. Los scaffolds se sometieron a ensayos a compresión para evaluar su viabilidad como sustituto óseo. Los resultados mostraron que la geometría del octaedro truncado con tamaño de celda de 1.250 µm y tamaño de trabécula de 250 µm presentó los valores más altos del módulo elástico, esfuerzo y deformación. por último, se evalúa los scaffolds por análisis de elementos finitos (FEA) para comparar con los resultados experimentales y encontrar la geometría adecuada para el hueso trabecular. (Texto tomado de la fuente).

Bone tissue engineering seeks the regeneration of damaged or lost bone tissue. Scaffolds are three-dimensional structures that provide a scaffolding for the growth of cells and tissues. Advances in additive manufacturing (AM) technologies have facilitated the manufacturing of complex and customized scaffolds. This study evaluated the design and fabrication of scaffolds for bone tissue engineering based on the internal architecture of the bone. Polyhedra geometries and Voronoi diagrams were used with cell sizes from 1,500 µm to 1,250 µm and trabeculae from 200 µm to 250 µm. The scaffolds were manufactured using stereolithography (SLA). The geometric and dimensional precision of the scaffolds was evaluated by comparing the CAD, STL and MA model, as well as their surface roughness and mechanical properties. The results showed that the fabricated geometries presented closed pores at the corners between cells and in the center of the unit cell. This is due to the manufacturing process, cell size and geometric complexity. The scaffolds were subjected to compression tests to evaluate their viability as a bone substitute. The results showed that the geometry of the truncated octahedron with a cell size of 1,250 µm and a trabecula size of 250 µm presented the highest values of elastic modulus, stress and deformation. Finally, the scaffolds are evaluated by finite element analysis (FEA) to compare with the experimental results and find the appropriate geometry for the trabecular bone.