Manufacture of titanium dioxide scaffolds for medical applications

Elaboración de scaffolds de dióxido de titanio para aplicaciones médicas

El Sistema esquelético es vulnerable a lesiones y a perder hueso a lo largo de los años, lo que hace necesario el uso de implantes autólogos o alogénicos; sin embargo, estos implantes tienen complicaciones, como la cantidad limitada de hueso que se extrae y la muerte celular en el sitio de extracción; por lo tanto, se han desarrollado biomateriales como plataformas para el crecimiento celular (scaffolds). Los biomateriales tienen propiedades similares a las del hueso, lo que facilita su integración con el tejido óseo, ayudando a la regeneración de este. Tradicionales los implantes de cerámica son de hidroxiapatitas, pero, debido a sus pobres propiedades mecánicas, han sido reemplazados por cerámicas inertes, que tienen mejores propiedades mecánicas. Por lo tanto, el objetivo de este estudio fue fabricar scaffolds de dióxido de titanio, por medio de diferentes técnicas, utilizando colágeno, polivinil alcohol (PVA), cloruro de sodio y harina de maíz como aglutinante para influenciar el tamaño del poro. Los scaffolds se caracterizaron por medio de microscopía electrónica de barrido (SEM) y se evaluaron con pruebas de compresión y degradabilidad en un fluido corporal simulado (SBF). Los scaffolds elaborados presentaron comportamientos mecánicos que están entre el rango normal del hueso; el scaffold obtenido por medio de infiltración, con 10 % de PVA, presentó valores de fuerza de compresión (6.75 MPa), módulos elásticos (0.23 GPa) y porosidad (54-67 %) cercanos a aquellos reportados para el hueso trabecular.

I. INTRODUCCIÓN

Diversas lesiones y defectos óseos provocan la pérdida de hueso. Aunque estos defectos han sido comúnmente tratados con terapias convencionales que implican la implantación de tejido autólogo, alogénico o xenogénico, todavía surgen complicaciones asociadas a estos implantes, como la cantidad limitada de hueso a extraer, la muerte celular en el sitio de extracción (dolor, infección, hematoma, hernias abdominales, etc.), y los riesgos potenciales de enfermedades infecciosas e inmunológicas (por ejemplo, hepatitis, VIH, priones, etc.). Por ello, es necesario explorar diversas alternativas como el uso de biomateriales [1] que sean bioactivos, biocompatibles y que tengan propiedades mecánicas adecuadas para soportar las cargas a las que serán sometidos. Los biomateriales que ayudan a fabricar plataformas de crecimiento celular de tejidos duros, conocidos como andamios, proporcionan resistencia mecánica a los tejidos. Los andamios se pueden encontrar en diferentes biomateriales, sobre todo del tipo cerámico, y se pueden obtener a través de diferentes métodos como la infiltración, el gel-casting y la compactación, entre otros.

Dado que el sistema esquelético soporta grandes cargas, los andamios que sirven de soporte deben proporcionar una estructura sólida, porosidad, interconectividad y composición adecuada, considerando que el objetivo es desarrollar una estructura similar a la generada por las fibras de colágeno reticuladas en el hueso [2].