Electrospinning system and process for large scale manufacturing of aligned 3D fiber matrices

This invention relates to the system and process of continuous electrospinning for the production of three-dimensional matrices of aligned polymeric fibres. The system of the present invention comprises an electrospinning capillary tube (3) with positive polarity, a set of multi-electrodes with negative polarity inserted in a peripheral support (15), having each electrode (7) controlled movement allowing its exposure or retraction-occultation to the electrospinning tube (3), a central collecting table (17) of electrospun fibres, which is covered with holes (6,16) connected to a chamber and to a vacuum pump (13). The formation of aligned three-dimensional matrices (30) occurs by deposition of layers, when exposing the electrodes (7) to the capillary tube (3), with the controlled distancing of the central collecting table (17), with respect to the electrospinning tube (3). The present invention has application in the medical field, in tissue engineering, in particular in regenerative medicine.submitte

Modelos numéricos con malhas tetraédricas de 4 e 10 nós do fémur distal e da tíbia proximal para o estudo de próteses do joelho

Existe alguma controvérsia sobre a adequabilidade dos elementos finitos tetraédricos lineares de 4 nós e quadráticos de 10 nós para simulações de estruturas ósseas presentes em determinados problemas da biomecânica. Neste artigo analisa-se o desempenho destes dois tipos de elementos na modelação numérica do fémur distal e da tíbia proximal, necessárias para estudos sobre a prótese do joelho. Faz-se também estudo complementar experimental com uso de extensometria para comparação das extensões obtidas com as deformações numéricas. Os resultados mostram que se obtém excelente correlação numérica-experimental para malhas tetraédricas de 4 nós, com 6 graus de liberdade por nó, com um número de graus de liberdade superiores a 125000 para a tíbia e superiores a 160000 para o fémur

Modelo numérico e experimental da tíbia intacta e com componente tibial da prótese do joelho

A concepção de modelos experimentais e numéricos que possam replicar convenientemente o sistema anatómico do joelho é tarefa difícil, devido ao tipo de estruturas envolvidas, que são geometricamente complexas e seus materiais (osso esponjoso, osso cortical, cartilagem e ligamentos) apresentam características anisotrópicas. Diversos parâmetros inerentes à construção dos modelos numéricos e simulação podem “mascarar” os resultados e nesse sentido a comparação com modelos experimentais in vitro, mais próximos dos reais, torna-se uma necessidade incontornável. Este estudo teve como objectivo a concepção de modelos numéricos da tíbia intacta e com componente tibial da prótese do joelho. O desempenho dos mesmos foi comparado com modelos idênticos experimentais. Os resultados, distribuições das extensões e das deformações, nos diferentes aspectos da tíbia, mostram excelente correlação entre os diferentes modelos analisados

Avaliação experimental do efeito de "strain shielding" no fémur distal induzido pela utilização de hastes na revisão da artroplastia total do joelho

A utilização de hastes na revisão da artroplastia total do joelho é um procedimento clínico comum quando a qualidade do osso na superfície condilar é de baixa qualidade ou então apresenta defeitos significativos. A haste é usada para aumentar a estabilidade do componente condilar necessária a longevidade da artroplastia. No entanto, a utilização de hastes é referida como causa para o aumento do efeito de stress/strain-shielding no osso, podendo este conduzir a um efeito de reabsorção óssea. Os resultados experimentais obtidos evidenciaram que a utilização de hastes altera o estado de deformação do osso relativamente ao estado fisiológico, sendo estas mais desfavoráveis para o caso da utilização de hastes do tipo press-fit. A utilização de hastes promove o efeito de strain-shielding que potencia o efeito de reabsorção óssea podendo originar a instabilidade do implante a longo prazo. A questão que se coloca é saber até que ponto a eventual reabsorção óssea é suficiente para provocar a instabilidade da haste e consequentemente a mesma da prótese a longo prazo. A fixação biomecânica (ou biológica) conseguida nos primeiros anos da artroplastia pode ser suficiente para evitar os efeitos nefastos da reabsorção óssea

Efeitos da haste press-fit na artroplastia total do joelho. Influência da haste tibial no fémure e da haste tíbia

Este artigo descreve um estudo que teve como principal objectivo determinar as alterações biomecânicas induzidas pela utilização de hastes press-fit no osso contrário do joelho devido à revisão da artroplastia do mesmo. Considerou-se a prótese do joelho (modelo P.F.C. Sigma Modular Knee System) constituída pela componente femoral e componente tibial sem hastes. Outros dois sistemas foram comparados com este, nomeadamente um com componente femoral sem haste e componente tibial com haste press-fit e um outro com componente tibial sem haste e componente femoral com haste press-fit. Analisou-se a influência da utilização das hastes no osso contrário, em comparação com a prótese sem qualquer haste. Analisaram-se as alterações referentes à repartição de carga transferida na interface osso esponjoso-cimento, às deformações principais de compressão no osso esponjoso, aos micromovimentos entre os componentes e o osso cortical e à estabilidade da interface osso-cimento. Os resultados evidenciaram que a utilização da haste tibial não altera de forma significativa o comportamento biomecânico da ligação do componente femoral ao fémur. O mesmo se verificou quando se utilizou uma haste femoral, onde as alterações de estabilidade induzidas na tíbia com componente tibial foram bastante significativas, podendo por em causa a longevidade da fixação do componente tibial

Automated manufacturing of three-dimensional cell matrices with nanofibres of controlled alignment and uniform cell distribution

This invention relates to a system and a process for the automated manufacture of three-dimensional cell matrices by electrospinning from nanofibres of controlled alignment and uniform cell distribution throughout their thickness. From the implementation of the invention it is possible to obtain, in a totally automatic way and without manual intervention, three-dimensional cell matrices of aligned polymeric fibres, with a uniform cell distribution, throughout the thickness of the matrix, which may present several patterns of alignment of the nanofibres, throughout the thickness, being the cells of the selected tissues seeded, in an alternated way, over the layers of two-dimensional meshes of nanofibres, deposited throughout the thickness, thus making the matrix thickness to be dependent of the number of layers of deposited fibres, of the thickness of the fibres and of the degree of compaction between layers. In this way, the present invention has many applications in various areas, in the manufacture of products or structures, on a nanometric scale, which depend on high surface area, such as in biotechnology, in the pharmaceutical and in tissue engineering areas, in particular in regenerative medicine.publishe

Modelos numéricos com malhas tetraédricas de 4 e 10 nós do fémur distal e da tíbia proximal para o estudo de próteses do joelho

Existe alguma controvérsia sobre a adequabilidade dos elementos finitos tetraédricos lineares de 4 nós e quadráticos de 10 nós para simulações de estruturas ósseas presentes em determinados problemas da biomecânica. Neste artigo analisa-se o desempenho destes dois tipos de elementos na modelação numérica do fémur distal e da tíbia proximal, necessárias para estudos sobre a prótese do joelho. Faz-se também estudo complementar experimental com uso de extensometria para comparação das extensões obtidas com as deformações numéricas. Os resultados mostram que se obtém excelente correlação numérica-experimental para malhas tetraédricas de 4 nós, com 6 graus de liberdade por nó, com um número de graus de liberdade superiores a 125000 para a tíbia e superiores a 160000 para o fémur

The influence of stem surface in micromobility and cement bone stresses

Cemented hip prostheses have produced excellent clinical results and THR is at that moment one of the most successful surgical techniques, with good success rates. Cemented fixation represents 87% of the total number of replacements according to the Swedish orthopedic register. Therefore, it is important to reduce revisions and understand why revision happens. The purpose of this study was to access the micro mobility and stresses developed in a cemented hip replacement. An in vitro cemented Lubinus SPII stem replacement was performed in synthetic femurs and sectioned. Section 5 was analyzed after fatigue test and was observed to be the most critical in crack incidence. A CAD model of this section was built considering bone and cement boundary geometry. The finite element model was built and the influences of different interface conditions of the cement interfaces (bone and stem) were analyzed. The interface stiffness associated with stresses for interface failure was used to simulate different surface roughness and time after surgery. The surface roughness associated with the interface strength did not present significant influence relatively to cement interface stresses and micro mobility of the stem. The type if interface changes the stress and strain distribution of bone and the most severe factor is friction at the cement/bone interfaces. The cement/bone interface debonding increase the bone strains and suggests pain

Biomechanical analysis of metacarpophalangeal joint arthroplasty with metal-polyethylene implant: An in-vitro study

The most common implant options for the metacarpophalangeal joint arthroplasty include silicone, pyrocarbon and metal-polyethylene. A systematic review of outcomes of silicone and pyrocarbon implants was conducted; however, a similar exercise for metal-polyethylene implants revealed a scarcity of published results and lack of long-term follow-up studies. The aim of the present work is to test the hypothesis that the magnitude of metacarpophalangeal joint cyclic loads generates stress and strain behaviour, which leads to long-term reduced risk of metal-polyethylene component loosening.publishe

Fabrico rápido de implantes ósseos personalizados

Actualmente existem situações clínicas específicas relacionadas com perdas ou correcções ósseas significativas, cuja solução dificilmente poderá ser alcançada com implantes ou próteses disponíveis comercialmente, sendo necessário o recurso a soluções personalizadas (ditas customizadas), isto é, implantes que são concebidos e fabricados em função das especificidades do paciente. Neste sentido, o desenvolvimento de uma nova metodologia que permita o fabrico rápido de implantes ósseos em simultâneo com o acto cirúrgico poderá apresentar vantagens significativas, pois permite ao cirurgião corrigir ou alterar a geometria do implante em função de uma qualquer ocorrência anómala detectada já durante a cirurgia. A abordagem neste trabalho passou pelo desenvolvimento de uma aplicação informática que permitisse integrar numa única plataforma um conjunto de ferramentas como scanner 3D, sistema de fabrico assistido por computador (CAM) e fabrico em máquinas controladas por computador (CNC) para assim fabricar de forma rápida um implante adaptado à anatomia do paciente. O método estabelecido assentou em quatro etapas essenciais: a primeira consiste na captação da geometria do implante, realizada localmente pelo cirurgião e não envolve meios computacionais. A segunda consiste na obtenção do modelo virtual da geometria do implante, realizada a partir do levantamento de forma do modelo obtido na etapa anterior, utilizando um scanner 3D por laser. A terceira etapa consiste na utilização de um sistema CAM para a elaboração do programa de maquinagem do implante. Na quarta e última etapa materializa- se o fabrico do implante numa fresadora CNC. O sistema desenvolvido permitiu integrar recursos e tecnologias cuja utilização exige conhecimentos muito especializados, mas inseridos num ambiente amigável para o utilizador possibilita que estes possam ser utilizados por pessoas não profundamente conhecedoras das tecnologias integradas. A solução implementada revelou-se mais acessível ao nível dos custos de aquisição das tecnologias de suporte e da facilidade de utilização quando comparada com outros processos de fabrico de implantes customizados, nomeadamente os obtidos a partir de informação gerada por tomografia computorizada (TAC)