Fabricación por colada en gel inorgánica de andamios de biovidrio 45s5 para aplicación en regeneración de tejido óseo

Abstract

Tissue engineering constitutes an alternative for the treatment of degenerative bone diseases such as osteoporosis and osteoarthritis through the design of temporary implants based on biocompatible 3D scaffolds capable of stimulating bone regeneration and bone growth. The manufacture of 3D bioglass 45S5 scaffolds was investigated, a biomaterial widely studied for its easy adhesion and binding to soft and hard tissues, in addition to easily degrading on contact with physiological fluids. The 3D scaffolds were obtained by the inorganic gel casting technique, a novel, easy and inexpensive method. The procedure allowed the obtaining of highly porous scaffolds with the help of mechanical stirring and the addition of the surfactant agent Triton X-100, to finally be sintered at 800, 850 and 900 °C. The scaffolds sintered at 800°C presented 74% open and interconnected porosity, a characteristic required for bone regeneration. By means of experimental techniques and quantification models of pore size distribution, the presence of interconnected nanopores of 1.5-2.2 nm viable for cell attachment, as well as interconnected macropores of 5-300 μm, optimal for bone growth, was confirmed. A surface area of the sintered scaffolds (800, 850 and 900ºC) of 0.289, 1.319 and 0.351 m2/g, was determined by the BET physical adsorption method. However, the structure and properties of the foams were affected by the sintering temperature at higher temperature, higher degree of consolidation. The scaffolds crystallized at all sintering temperatures obtaining a primary phase Na6Ca3Si6O18 and a secondary phase Na2Ca4(PO4)2SiO4.

La ingeniería de tejidos constituye una alternativa para el tratamiento de enfermedades degenerativas óseas como la osteoporosis y osteoartritis a través del diseño de implantes temporales en base a andamios 3D biocompatibles capaces de estimular la regeneración y el crecimiento del hueso. Se investigó la fabricación de andamios 3D de biovidrio 45S5, biomaterial ampliamente estudiado por su fácil adhesión y unión a tejidos blandos y duros, además, de degradarse fácilmente al contacto con los fluidos fisiológicos. Los andamios 3D se obtuvieron por la técnica de gel inorgánica, método novedoso, fácil y económico. El procedimiento permitió la obtención de andamios altamente porosos con la ayuda de agitación mecánica y la adición del agente surfactante Triton X-100, para finalmente ser sinterizados a 800, 850 y 900 °C. Los andamios sinterizados a 800 °C presentaron 74% de porosidad abierta e interconectada, característica requerida para la regeneración ósea. Mediante técnicas experimentales y modelos de cuantificación de distribución de tamaños de poros se confirmó la presencia de nanoporos interconectados de 1.5-2.2 nm viables para la unión de las células, además de macroporos interconectados de 5-300 μm, óptimos para el crecimiento óseo. Se determinó por el método de adsorción física BET un área superficial de los andamios sinterizados (800, 850 y 900°C) de 0.289, 1.319 y 0.351 m2/g, respectivamente. La estructura y propiedades de las espumas fueron afectadas por la temperatura de sinterización; a mayor temperatura, mayor grado de consolidación. Los andamios cristalizaron a todas las temperaturas de sinterización obteniendo una fase primaria Na6Ca3Si6O18 y una fase secundaria Na2Ca4(PO4)2SiO4.