Biocomposites por impresión 3d basados en ácido poliláctico y hidroxiapatita

Resumo

La ingeniería de tejidos se presenta como una herramienta prometedora para abordar los retos actuales de la sociedad en el campo de la salud, ofreciendo opciones terapéuticas innovadoras para la regeneración y reparación de tejidos dañados o perdidos. Para abordar estos retos de manera efectiva, es esencial impulsar la investigación en el diseño y desarrollo de andamiajes o estructuras tridimensionales que sean eficientes y funcionales en el entorno biológico, brindando el soporte necesario para la regeneración o reparación de los tejidos afectados. En este contexto se enmarca el objetivo principal de este trabajo de investigación centrado en el desarrollo de nuevos biocomposites por impresión 3D que puedan replicar la composición y estructura de la matriz extracelular del tejido óseo con el fin de promover su regeneración en numerosas situaciones clínicas como fracturas complejas, defectos óseos, enfermedades óseas degenerativas o cirugías. Para ello, se diseñaron y fabricaron biocomposites basados en ácido poliláctico (PLA) e hidroxiapatita (HA) con diferentes composiciones y diversos parámetros estructurales. Con la adición de HA se busca mejorar las propiedades mecánicas del PLA, como la resistencia y la rigidez, con el objetivo de obtener un material más robusto y adecuado para su aplicación en el tejido óseo. Al mismo tiempo, dicha biocerámica proporciona propiedades osteoconductoras que promueven la regeneración del tejido óseo y su integración con el hueso circundante. Los resultados obtenidos demuestran la viabilidad de combinar el PLA con diferentes concentraciones de HA, de hasta un 9% en peso, mediante un proceso de impresión 3D directo, sin necesidad de crear previamente un filamento de impresión. Además, la caracterización del biocomposite revela valores del módulo de Young, tamaño de poros, porosidad e interconectividad acordes con la bibliografía para promover la formación ósea y la vascularización. A su vez, la evaluación de la respuesta biológica indica que estos scaffolds presentan una estructura morfológica favorable y una alta biocompatibilidad para el crecimiento y proliferación de células de tejido óseo MG63. Paralelamente, se aborda un estudio sobre la elección del método de esterilización más adecuado para biocomposites basados en materiales termosensibles como el PLA, un aspecto crucial para prevenir infecciones o rechazos una vez colocados en el cuerpo humano sin comprometer las propiedades mecánicas para las que fueron diseñados. Con este propósito, se llevó a cabo una exhaustiva caracterización fisicoquímica y evaluación biológica, tanto in vitro como in vivo, de scaffolds de ácido PLA fabricados por impresión 3D tras ser sometidos a distintos procesos de esterilización convencionales y emergentes. Los resultados obtenidos demostraron que la radiación gamma es la técnica idónea para esterilizar el PLA y, por lo tanto, los biocomposites, ya que las muestras se mantuvieron prácticamente inalteradas después del proceso. Por el contrario, se comprobó que la esterilización por vapor saturado o autoclave genera cambios fisicoquímicos significativos en el PLA impreso en 3D, incluso a simple vista, que desaconseja su utilización en este contexto. Por último, se presenta un estudio sobre la utilización de estos scaffolds como sistemas de liberación de fármacos, utilizando la vancomicina como agente antibiótico, de manera que puedan ser una solución prometedora para tratar las infecciones asociadas al hueso y reducir los efectos secundarios de los antibióticos sistémicos mejorando la disponibilidad local del fármaco. Para ello, se fabricaron biocomposites por impresión 3D y se validaron tres metodologías para la carga del antibiótico, incluyendo la incorporación del antibiótico en el propio proceso de impresión 3D. Tras realizar una caracterización y evaluación microbiológica in vitro se constata el efecto antibacteriano en todos los casos contra Staphylococcus aureus, sin presentar toxicidad en fibroblastos y células MG63, y se delimitan los rangos de liberación rápida y/o lenta.