Influencia del patrón de impresión en las propiedades mecánicas y tasa de degradación de andamios reabsorbibles elaborados por impresión 3D para regeneración ósea

Abstract

Si se supera la capacidad de autoregeneración del hueso, ya sea porque existe un daño que alcanza un tamaño crítico o existen traumatismos de alta complejidad, es necesario intervenir. Para ello, se suelen utilizar métodos quirúrgicos como la colocación de injertos óseos y/o implantes. Estos injertos e implantes pueden derivar en diferentes complicaciones y la necesidad de procedimientos quirúrgicos adicionales, que aumentan el riesgo de infección y dificultan la recuperación del paciente. La ingeniería de tejidos estudia y desarrolla andamios mediante diferentes procesos y materiales, que permiten y aumentan la regeneración de los tejidos óseos. Dentro de los procesos, se destaca la impresión 3D, que permite fabricar andamios que se ajustan a la necesidad del paciente. En cuanto a los materiales, el poli(3-hidroxibutirato-co-3 hidroxivalerato) (PHBV), un copolímero de propiedades mecánicas y piezoeléctricas similares a lo que posee el hueso humano, y las ventajas de ser biodegradable, biocompatible y reabsorbible. Por otro lado, el biovidrio activo (BG), es un material cerámico que por su composición, en contacto con fluidos biológicos libera iones que regulan los ciclos de crecimiento, proliferación y diferenciación de las células encargadas de la regeneración ósea. Por sus propiedades, la combinación de estos dos materiales resulta atractiva para su uso en andamios. En este trabajo, se elaboraron por extrusión filamentos tanto de PHBV como compuestos de PHBV con 4% de partículas de BG y con ellos se fabricaron andamios mediante impresión 3D. Se evaluó cómo influye en la degradación diferentes patrones de impresión, mediante la incubación a diferentes tiempos, en un medio que simula al biológico (SBF). Se encontró que la impresión 3D es una técnica viable para la realización de andamios con este material, que la degradación de los andamios de PHBV con los patrones considerados no cambia significativamente entre sí, pero si se denota la disminución de la rigidez y la fragilización a los 60 días de inmersión debido a la presencia del BG.

If the self-regeneration capacity of the bone is exceeded, either because there is damage that reaches a critical size or there are highly complex traumas, it is necessary to intervene. For this, surgical methods are usually used, such as placement of bone grafts and/or implants. These grafts or implants can lead to different complications and further surgical procedures, which increase the risk of infection and hinder the patient's recovery. Tissue engineering studies and develops scaffolds, through different processes and materials, that allow and increase the regeneration of bone tissues. Within the processes, 3D printing stands out, which allows the manufacture of scaffolds that adjust to the needs of the patient. Regarding materials, poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV), a copolymer with mechanical and piezoelectric properties similar to those of human bone, and the advantages of being biodegradable, biocompatible and resorbable. On the other hand, active bioglass (BG) is a ceramic material that, due to its composition, in contact with biological fluids, releases ions that regulate the cycles of growth, proliferation and differentiation of the cells responsible for bone regeneration. Due to their properties, the combination of these two materials is attractive for use in scaffolds. In this work, both PHBV and PHBV with 4% BG particles composite filaments were extruded and scaffolds were fabricated using 3D printing. The influence of different printing patterns on degradation was evaluated by incubation at different times in a medium that simulates biological fluids (SBF). It was found that 3D printing is suitable for produce scaffolds of these materials, that the degradation of the PHBV scaffolds with the patterns considered does not change significantly among themselves but decrease in stiffness and increase fragility after 60 days of immersion due to in the presence of BG.