Síntesis, caracterización y bioactividad de andamios cerámicos porosos de 3ª generación

Abstract

Desde siempre, el objetivo de los seres humanos ha sido la supervivencia mediante la adaptación al medio. Esto ha llevado a un aumento en la esperanza de vida y un consecuente declive en la calidad de vida media de la población debido a un aumento de problemas de salud relacionados con la edad. Así, la comunidad científica se ha centrado en la ingeniería de tejidos para solucionar algunos de estos problemas. Por ejemplo, para la regeneración de tejido óseo se utilizan matrices cerámicas que imitan la microestructura ósea y que estimulan el crecimiento de las células y la regeneración del tejido, reabsorbiéndose al finalizar el proceso. Con el objetivo de obtener estas matrices porosas, se preparó la fase R, cerámica compuesta por un 69% de silicato dicálcico (C2S) y un 31% de fosfato tricálcico (TCP), preparada mediante una reacción en estado sólido de acuerdo al diagrama de fases del sistema Ca3(PO4)2–Ca2SiO4. A continuación se utilizó el método de réplica de esponjas poliméricas para preparar andamios porosos compuestos de fase R a partir de plantillas de poliuretano, y se procedió a su caracterización. Finalmente, se analizó la bioactividad de estas matrices porosas mediante estudios in vitro realizando inmersiones en suero fisiológico artificial (SFA), que posteriormente fue analizado por espectroscopía óptica de emisión de plasma acoplado inductivamente (EOE-PAI). Los resultados demuestran que la cristalinidad y la estructura de las matrices se mantienen constantes, con una microestructura de puentes y poros interconectados que presenta una jerarquía similar a la observada en la microestructura ósea. La precipitación de hidroxiapatita en los andamios porosos sumergidos en SFA comienza a apreciarse a partir de 1 hora, y va aumentando hasta cubrir por completo la superficie al día de haber sido sumergidos. Esto demuestra que los andamios presentan bioactividad, aunque se precisan futuras investigaciones para que estos andamios cerámicos porosos puedan ser considerados seguros para su uso como prótesis en la ingeniería de tejidos.

The main goal of human beings has always been survival through adaptation to the environment. This has caused an increase in life expectancy and a consequent decline in the average quality of life of the population due to a higher incidence of age-related health problems. Thus, the scientific community has focused on tissue engineering to solve some of these problems. For instance, porous ceramic scaffolds are commonly used in bone tissue regeneration. These scaffolds mimic the interconnected pore structure of bones and stimulate cell growth and tissue regeneration, being reabsorbed by the end of the process. In order to obtain these porous scaffolds, the R phase was prepared by a solid-state reaction within the phase diagram Ca3(PO4)2–Ca2SiO4 with a composition of 69% dicalcium silicate (C2S) and 31% tricalcium phosphate (TCP). Next, the polymeric sponge replication method was used to prepare ceramic porous scaffolds composed of phase R and their characterization was carried out. Finally, the bioactivity of these porous scaffolds was analyzed through in vitro studies performing immersions in simulated body fluid (SBF), which was subsequently analyzed by inductively coupled plasma emission optical spectroscopy (ICP-EOS). The results show that the crystallinity and the structure of the scaffolds remain constant, with a microstructure of struts and interconnected pores distributed in a hierarchy similarly observed in bone microstructure. The precipitation of hydroxyapatite in the porous scaffolds immersed in SBF begins to be appreciated after 1 hour and increases until it completely covers the surface one day after being soaked. This shows that the scaffolds display bioactivity, although future research is required so that these porous ceramic scaffolds can be considered safe to use as prostheses in tissue engineering.