Publicación: Esferas basadas en alginato, gelatina y polivinil alcohol con potencial aplicación en el cultivo de condrocitos
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Resumen en español
RESUMEN: La ingeniería de tejido cartilaginoso ha tomado relevancia a través del tiempo, debido a que las enfermedades degenerativas como la artrosis afectan este tejido y están en constante aumento a nivel mundial, lo cual pone en peligro el bienestar de la población. Lo anterior ha motivado a muchos investigadores a buscar soluciones ante esta problemática, por medio del desarrollo de andamios hechos de materiales poliméricos con geometrías esféricas. Sin embargo, aunque estas mezclas de polímeros han resultado viables en el cultivo de condrocitos, aún se encuentra en estudio una composición de biomateriales que sea capaz de soportar las cargas mecánicas del cartílago y ayuden a la regeneración del mismo. Considerando la importancia de esta aplicación, en este trabajo se fabricaron microesferas con diferentes proporciones de polímeros naturales, como alginato (Alg) y gelatina (Gel), que fueron combinados con el polímero sintético, polivinil alcohol (PVA). La elección de estos materiales se realizó debido a las buenas propiedades mecánicas y biológicas para aplicaciones relacionadas con la ingeniería de tejidos; en particular, las propiedades mecánicas se evaluaron mediante un ensayo que permite identificar la resistencia a compresión, siendo uno de los esfuerzos que realiza el cartílago en su funcionamiento cotidiano y al cual está expuesto constantemente el condrocito. Así mismo, con el fin de comparar las esferas experimentales con otros andamios posibles se modelan por medio de CAD y se evalúan mediante un software de análisis de elementos finitos otras geometrías usadas en la ingeniería de tejidos como la cúbica, la cilíndrica y la prismática rectangular, las cuales se usaron para establecer la mejor geometría y método de fabricación mediante un ensayo de esfuerzo a compresión simulado, teniendo en cuenta las propiedades mecánicas del material. Finalmente, se hizo un estudio de mecánica de contacto para establecer el esfuerzo máximo de las esferas fabricadas en el laboratorio, los cuales una vez fueron comparados con los esfuerzos de las simulaciones, esta comparación dio como resultado que las geometría más viables mecánicamente son la prismática rectangular y la esférica, ya que poseen un esfuerzo máximo de compresión más bajo respecto a las otras, sin embargo, no solo se debe tener en cuenta dichas propiedades mecánicas, puesto que se debe garantizar una relación entre la matriz y el condrocito para lograr así una mimetización en el tejido cartilaginoso, es por esto que siendo el condrocito una celular de morfología esférica se plantea que el mejor andamio son las esferas experimentales más específicamente las del tratamiento N° 8 las cuales se fabricaron con una proporción de 10 % de Gel sobre la mezcla de 80 % Alg y 10 % PVA.
Resumen en inglés
ABSTRACT: Cartilage tissue engineering has gained relevance over time because degenerative diseases such as osteoarthritis affect this tissue and are constantly increasing worldwide, which endangers the well-being of the population. This has motivated many researchers to seek solutions to this problem, through the development of scaffolds made of polymeric materials with spherical geometries. However, although these polymer mixtures have proven viable in the cultivation of chondrocytes, a composition of biomaterials that can support the mechanical loads of cartilage and helping to regenerate it is still under study. Considering the importance of this application, in this work microspheres were manufactured with different proportions of natural polymers, such as alginate (Alg) and gelatin (Gel), which were combined with the synthetic polymer, polyvinyl alcohol (PVA). The choice of these materials was made due to the good mechanical and biological properties for applications related to tissue engineering; in particular, the mechanical properties were evaluated by means of a test that allows to identify the resistance to compression, being one of the efforts made by the cartilage in its daily functioning and to which the chondrocyte is constantly exposed. Likewise, in order to compare the experimental spheres with other possible scaffolds, other geometries used in tissue engineering such as cubic, cylindrical and rectangular prismatic are evaluated by means of CAD and evaluated using finite element analysis software, which were used to establish the best geometry and manufacturing method through a simulated compressive stress test, considering the mechanical properties of the material. Finally, a contact mechanics study was made to establish the maximum stress of the spheres manufactured in the laboratory, which were once compared with the stresses of the simulations, this comparison resulted in the prismatic geometry being the most mechanically viable. rectangular and spherical, since they have a lower maximum compression stress compared to the others, however, not only these mechanical properties must be taken into account, since a relationship between the matrix and the chondrocyte must be guaranteed to achieve this a mimicry in the cartilaginous tissue, which is why the chondrocyte being a cell with spherical morphology, it is suggested that the best scaffold are the experimental spheres, more specifically those of treatment No. 8, which were manufactured with a proportion of 10% of Gel on the mixture of 80% Alg and 10% PVA.