Síntesis y caracterización de andamios formados por agregados nanoestructurados de biovidrio 45S5, obtenidos por síntesis sol-gel acoplada a un secado por liofilización

Abstract

45S5 bioactive glass was developed by Larry Hench in 1969, since then this bioactive glass has been widely used in tissue engineering to make porous scaffolds, used to promote bone regeneration due to its ability to form hydroxyapatite in the presence of body fluid. However, the commercial 45S5 is manufactured through the traditional melting process, which offers low purity as a result of the process steps of grinding, polishing, sieving, etc., as well as little chemical control of the 45S5 bioglass elements. particularly the silicon content is affected by the phenomenon of segregation at liquidus temperature, furthermore, the particle size and the morphology cannot be manipulated as easily as in sol-gel synthesis. In this work, two routes of obtaining 45S5 bioglass scaffolds were studied using sol-gel synthesis assisted by lyophilization to obtain a hierarchical porosity scaffolds, in addition, the influence on mesoporosity and crystallinity of the aging time of the gels obtained by sol-gel synthesis was studied. Scaffolds were functionalized with type I collagen to obtain an optimal surface for anchoring the cells. Morphology and crystal structure were characterized by scanning electron microscopy (SEM) and “x-ray” diffraction, the cytotoxicity of the scaffold was studied by cell staining (DAPI) of mouse macrophages in "in vitro" assays. In general, the results indicated that the aging time of 45S5 bioglass gels controls the porosity degree present in the scaffolds, as well as the presence of amorphous phase in the scaffolds, as the aging time of the gel increases, the porosity decreases and crystallinity increases due to condensation of the gel.

El vidrio bioactivo 45S5 fue desarrollado por Larry Hench en 1969, desde entonces este vidrio bioactivo ha sido ampliamente utilizado en ingeniería de tejidos para fabricar andamios porosos utilizados para favorecer la regeneración ósea debido a su capacidad para formar hidroxiapatita en presencia de fluido corporal. Sin embargo, el 45S5 comercial se fabrica mediante el proceso de fusión tradicional, el cual ofrece poca pureza como resultado de los pasos del proceso de molienda, pulido, tamizado, etc, así como poco control químico de los elementos que componen el biovidrio 45S5, particularmente el contenido de silicio se ve afectado debido al fenómeno de segregación a la temperatura de liquidus, además, el tamaño de partícula y la morfología no pueden manipularse con tanta facilidad como en la síntesis sol-gel. En este trabajo se estudiaron dos rutas de obtención de andamios de biovidrio 45S5 mediante síntesis sol-gel asistida por liofilización para obtener una porosidad jerárquica, además se estudió la influencia en la mesoporosidad y cristalinidad del tiempo de envejecimiento de los geles obtenidos mediante la síntesis sol-gel. Se funcionalizaron los andamios con colágeno tipo I para obtener una superficie óptima para el anclaje de las células. La morfología y la estructura cristalina se caracterizaron con microscopía electrónica de barrido (MEB) y difracción de rayos- X, la citotoxicidad del andamio se estudió mediante tinción celular (DAPI) de macrófagos de ratón en ensayos “in vitro”. En general los resultados indicaron que el tiempo de envejecimiento de los geles de biovidrio 45S5 controlan el grado de mesoporosidad presente en los andamios, así como la presencia de fase amorfa en los andamios, conforme el tiempo de envejecimiento del gel aumenta, la porosidad disminuye y la cristalinidad aumenta debido a la condensación del gel.