Comparación del efecto del método de fabricación en plataformas de quitosano/ hidroxiapatita para ingeniería de tejidos

RESUMEN: La regeneración del hueso es uno de los principales retos de la medicina moderna debido a que muchas enfermedades, incluyendo los traumas y los tumores, pueden causar defectos óseos. La ingeniería de tejidos (IT) es un área de investigación muy prometedora para curar estas enfermedades de los huesos, ya que permite la reconstrucción de los tejidos basados en la colonización y proliferación de las células sanas, provenientes del mismo paciente, en una matriz extracelular artificial denominada plataformas o andamios. El objetivo de este proyecto fue fabricar plataformas de quitosano/ hidroxiapatita CH/HA, utilizando diversas relaciones y dos métodos diferentes para la obtención de la hidroxiapatita, en polvo (comercial) e in situ, para luego comparar sus propiedades. La morfología, la composición química y las propiedades mecánicas se evaluaron por microscopía electrónica de barrido (SEM), difracción de rayos X (XRD), espectroscopia Raman y ensayos de compresión. Los andamios obtenidos presentaron una estructura porosa interconectada. Las plataformas con mejores propiedades para ingeniería de tejidos fueron las fabricadas con quitosano e hidroxiapatita in situ, debido a que su morfología era más óptima para permitir el crecimiento celular. Estos andamios cumplen los requisitos de la ingeniería de tejidos.ABSTRACT: The regeneration of bone is one of the main challenges of modern medicine because many diseases, including trauma and tumor, can cause bone defects. Tissue engineering (TE) is a promising approach to cure these bone diseases because it allows the reconstruction of tissue by colonization and proliferation of healthy cells in an artificial extracellular matrix (scaffolds). The aim of this project was to prepare chitosan/hydroxyapatite CH/HA scaffolds, using various ratios and two different methods: powder hydroxyapatite (commercial) and in situ hydroxyapatite, and then compare their properties. The morphology, chemical composition and mechanical properties were evaluated by Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, and compression tests. The scaffolds obtained showed an interconnected porous structure. The scaffolds with chitosan and hydroxyapatite manufacturing by in situ protocol, have better applications in tissue engineering, because they have a better morphology and allow the cell growth. These scaffolds are suitable for tissue engineering

Evaluacion de recubrimientos de quitosano sobre cuerpos porosos de hidroxiapatita

Los defectos óseos han sido tratados implantando tejidos autólogos o alogénicos, sin embargo, el éxito de estos implantes depende de la biocompatibilidad, fijación con el tejido, características físicoquímicas y las complicaciones vinculadas al uso de injertos, como la limitada cantidad de hueso a extraer, la morbilidad en el lugar de extracción y los potenciales riesgos por infección; por ello, surge la Ingeniería de Tejidos, donde las propiedades superficiales y mecánicas de los biomateriales empleados juegan un papel importante en la interacción material-tejido. En esta investigación se desarrollaron cuerpos porosos de hidroxiapatita por gel-casting y se recubrieron con quitosano a diferentes concentraciones, con el fin de verificar la influencia del recubrimiento en las propiedades mecánicas y de estabilidad de los cuerpos fabricados, comparándolas con las del hueso para intentar mejorar los requerimientos de los implantes.Para ello, se evaluó la morfología del poro, la resistencia a la compresión y la degradabilidad de los cuerpos con y sin recubrimiento. Los resultados mostraron que se logra mejorar las propiedades y la estabilidad en condiciones fisiológicas, lo que los hace aptos para usar en regeneración de tejido óseo.

Evaluacion de recubrimientos de quitosano sobre cuerpos porosos de hidroxiapatita

Los defectos óseos han sido tratados implantando tejidos autólogos o alogénicos, sin embargo, el éxito de estos implantes depende de la biocompatibilidad, fijación con el tejido, características físicoquímicas y las complicaciones vinculadas al uso de injertos, como la limitada cantidad de hueso a extraer, la morbilidad en el lugar de extracción y los potenciales riesgos por infección; por ello, surge la Ingeniería de Tejidos, donde las propiedades superficiales y mecánicas de los biomateriales empleados juegan un papel importante en la interacción material-tejido. En esta investigación se desarrollaron cuerpos porosos de hidroxiapatita por gel-casting y se recubrieron con quitosano a diferentes concentraciones, con el fin de verificar la influencia del recubrimiento en las propiedades mecánicas y de estabilidad de los cuerpos fabricados, comparándolas con las del hueso para intentar mejorar los requerimientos de los implantes.Para ello, se evaluó la morfología del poro, la resistencia a la compresión y la degradabilidad de los cuerpos con y sin recubrimiento. Los resultados mostraron que se logra mejorar las propiedades y la estabilidad en condiciones fisiológicas, lo que los hace aptos para usar en regeneración de tejido óseo.

Evaluacion de recubrimientos de quitosano sobre cuerpos porosos de hidroxiapatita

Los defectos óseos han sido tratados implantando tejidos autólogos o alogénicos, sin embargo, el éxito de estos implantes depende de la biocompatibilidad, fijación con el tejido, características físicoquímicas y las complicaciones vinculadas al uso de injertos, como la limitada cantidad de hueso a extraer, la morbilidad en el lugar de extracción y los potenciales riesgos por infección; por ello, surge la Ingeniería de Tejidos, donde las propiedades superficiales y mecánicas de los biomateriales empleados juegan un papel importante en la interacción material-tejido. En esta investigación se desarrollaron cuerpos porosos de hidroxiapatita por gel-casting y se recubrieron con quitosano a diferentes concentraciones, con el fin de verificar la influencia del recubrimiento en las propiedades mecánicas y de estabilidad de los cuerpos fabricados, comparándolas con las del hueso para intentar mejorar los requerimientos de los implantes.Para ello, se evaluó la morfología del poro, la resistencia a la compresión y la degradabilidad de los cuerpos con y sin recubrimiento. Los resultados mostraron que se logra mejorar las propiedades y la estabilidad en condiciones fisiológicas, lo que los hace aptos para usar en regeneración de tejido óseo.

Manufacturing and evaluation of Chitosan, PVA and Aloe Vera hydrogels for skin applications

The aim of this research was to develop membranes of polyvinyl alcohol (PVA) and chitosan (CH), capable of absorbing an Aloe Vera solution and gradually releasing to accelerate wound healing. The methodology involved varying the membrane’s composition using Chitosan and Polyvinyl Alcohol at 5 and 10% w/v, and implementing different PVA/CH relations of 30/70, 50/50 and 70/30 (v/v) and embed them in a 2% (v/v) Aloe Vera solution to create hydrogels. Once hydrogels were obtained, they were characterized by Infrared Spectroscopy and Scanning Electronic Microscopy, and evaluated by mechanical and absorption tests as well as bactericide activity assays.The crosslinking degree between PVA/CH allowed obtaining a matrix with high absorption capacity and with gradual release of Aloe Vera, with mechanical properties and dimensional stability even after rehydration. Bactericide assays showed chitosan and Aloe Vera protective activity, which indicates this compound may be suitable for applications that help in wound healing.El objetivo fue desarrollar membranas de Polivinil Alcohol (PVA) y Quitosano (Qo), capaces de absorber solución de Aloe Vera y luego liberarla gradualmente para acelerar la cicatrización de la herida. La metodología empleada consistió en variar la composición de las membranas usando quitosano y Polivinil Alcohol al 5 y 10% p/v, e implementar diferentes relaciones de PVA/Qo de 30/70, 50/50 y 70/30 (v/v), para posteriormente embeberlas en solución de Aloe Vera al 2% (v/v) y formar hidrogeles. Una vez obtenidos, éstos fueron caracterizados por Espectroscopía de Infrarrojo y Microscopía Electrónica de Barrido, y evaluadas por pruebas mecánicas, pruebas de absorción, y ensayos de actividad bactericida.El grado de entrecruzamiento entre el PVA y el Quitosano permitió obtener una matriz con alta capacidad de absorción y liberación controlada de Aloe Vera, con propiedades mecánicas y estabilidad dimensional aún después de rehidratadas. Las pruebas bactericidas mostraron actividad protectora del quitosano y del Aloe Vera, lo cual hace que este compuesto sea adecuado para aplicaciones que ayudan en la curación de heridas

Optimization of the fibroin extraction process from the Bombyx Mori silkworm cocoon

No presente trabalho, foi realizado um estudo estatístico para otimizar o desempenho do processo de extração da fibroína do casulo do bicho-da-seda Bombyx Mori, também conhecido como degomagem, em que a fibroína e a sericina, componentes que compõem a estrutura do casulo, são separadas. utilizando soluções aquosas de carbonato de sódio (Na2CO3); o estudo em questão foi feito através de um delineamento experimental 23 com dois pontos centrais, para isso, os fatores selecionados foram a temperatura, a relação Na2CO3/Cocoons e o tempo de extração. A significância estatística destes.Fatores foi estudado por análise de variância (ANOVA). De acordo com os resultados, o processo de extração depende principalmente do tempo de extração (p = 0,009) e da temperatura de trabalho (p = 0,0112), obtendo-se uma média de 74,76% de fibroína do casulo em condições ideais de extração. Finalmente, a amostra obtida nas melhores condições foi caracterizada por meio de análise por Transformada de Fourier no infravermelho (FTIR) e por análise termogravimétrica (TGA) a fim de se ter como base o material obtido para possíveis aplicações biomédicas.En el presente trabajo se realizó un estudio estadístico para optimizar el rendimiento del proceso de extracción de fibroína del capullo del gusano de seda Bombyx Mori, también conocido como desgomado, en el cual la fibroína y la sericina, componentes que conforman la estructura del capullo, son separadas utilizando soluciones acuosas de carbonato de sodio (Na2CO3); el estudio en cuestión se hizo mediante un diseño experimental 23 con dos puntos centrales, para ello, los factores seleccionados fueron la temperatura, la relación Na2CO3/Capullos y el tiempo de extracción. La significativa estadística de estos factores fue estudiada mediante análisis de varianza (ANOVA). De acuerdo con los resultados, el proceso de extracción depende principalmente del tiempo de extracción (p = 0,009) y la temperatura de trabajo (p = 0,0112), obteniéndose bajo las condiciones óptimas de extracción un promedio de 74,76% de fibroína del capullo. Finalmente, la muestra obtenida bajo las mejores condiciones se caracterizó por medio de análisis Infrarrojo por Transformada de Fourier (FTIR) y por análisis termogravimétrico (TGA) con el fin de tener la base del material obtenido para posibles aplicaciones biomédicas.In the present work, a statistical study was carried out to optimize the performance of the fibroin extraction process from the cocoon of the silkworm Bombyx Mori, also known as degumming, in which fibroin and sericin, components that make up the cocoon structure, are separated using aqueous solutions of sodium carbonate (Na2CO3); the study was done through an experimental design 23 with two central points. For this purpose, the selected parameters were temperature, the Na2CO3/Cocoons ratio andextraction time. The statistical significance of these factors was studied by analysis of variance (ANOVA). According to the results, the extraction process depends mainly on the extraction time (p = 0.009) and the working temperature (p = 0.0112), obtaining an average of 74.76% fibroin from the cocoon under optimal extraction conditions. Finally, the sample obtained under the best conditions was characterized by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and by Thermo Gravimetric Analysis (TGA) in order to have the basis of the material obtained for possible biomedical applications

Preparation and evaluation of a bone paste for medical applications

RESUMEN: En este artículo se evalúan las características osteoinductivas y osteoconductivas de una pasta ósea preparada a partir de fosfato de calcio tipo hidroxiapatita, proteína morfogenética ósea y colágeno, capaz de inducir la diferenciación de células locales a células formadoras de hueso. La pasta preparada fue implantada en la región dorsal a nivel inter escapular, en 35 conejos de Raza Blanca de Nueva Zelanda, los cuales se distribuyeron en 7 grupos de evaluación (7, 14, 21, 28, 35, 42 y 49 días) transcurridos estos tiempos se retiraron los implantes para ser evaluados histológicamente por microscopía óptica convencional y así caracterizar los diferentes elementos tisulares. Los resultados obtenidos se analizaron por método factorial de correspondencias múltiples con clasificación jerárquica, el cual mostró que se logra estimular la inducción de hueso en sitios ectópicos, teniendo actividad osteogénica, sin embargo, la alta cantidad de linfocitos y de eosinófilos, evidencian respuesta inflamatoria alrededor del implante.ABSTRACT: The osteoinductive and osteoconductive characteristics of a bone paste (composed of calcium phosphate type hydroxyapatite, collagen and bone morphogenetic protein) able induce cell differentiation local bone-forming cells was evaluated in this work. The paste was implanted in a dorsal region level inter scapular of 35 New Zealand white rabbits, which were distributed at 7 assessment panels (7, 14, 21, 28, 35, 42 and 49 days). Then, implants were removed for histological evaluation by conventional optical microscopy and the different elements tissue characterized. The results were analyzed using the multi-factorial correlation with hierarchical classification, which showed that implants stimulate the induction of bone in ectopic sites, with osteogenesis activity. However, the high amount of lymphocytes and eosinophils evidence inflammatory response around the implant

Métodos de fabricación de cuerpos porosos de hidroxiapatita, revisión del estado del arte

ResumenLa hidroxiapatita (HA) ha sido ampliamente utilizada para reemplazo óseo en campos como la ortopedia y la odontología, debido a que posee alta biocompatibilidad. Recientes estudios se han enfocado en fabricar cuerpos porosos de HA que provean una plataforma de crecimiento celular, con el fin de tener lás posibilidades de sitios de implantación. Este trabajo presenta una revisión de las técnicas utilizadas en la producción de cuerpos porosos de HA, exponiendo los resultados más relevantes reportados en diversas investigaciones tanto a nivel nacional como internacional; en cuanto a porosidad y resistencia mecánica. Concluyendo finalmente, cuales son las técnicas que cumplen con los factores óptimos para la regeneración ósea al momento de la implantación y además que existen múltiples posibilidades de fabricación de los cuerpos porosos, cuyo estudio permitiría abrir diferentes rutas de investigación en esta área, por cierto poco explorada en Colombia. Palabras clave: barbotina, gel-casting, hidroxiapatita, infiltración de espumas, liofilización, prototipado rápido.    Methods for manufacturing hydroxyapatite porous bodies, art state review  Abstract Hydroxyapatite (HA) has been widely used for bone replacement in the orthopedic and dentistry fields,due to it has a high biocompatibility. Recent studies have focused on developing HA porous bodies thatprovide a cell growth cellular scaffold, with the goal to have more possibilities of local implantation. This paper presents a review about the different methods for manufacturing porous HA bodies, it exposes the most relevant results obtained in nationally and internationally researches; related with porosity and mechanical strength. It is possible to conclude, which are the technical that present optimal factor to induce bone regeneration, and also there are many possibilities for producing porous HA bodies, their study will allow to opening different routes of investigation in this field, which are underdeveloped in Colombia. Keywords: slip-casting, gel-casting, hydroxyapatite, foam Infiltration, freeze casting, rapid prototyping.    Métodos de fabricação de corpos porosos de hidroxiapatita, revisão do estado da arte  Resumo A hidroxiapatita (HA) tem sido muito utilizada para a substituição óssea na ortopedia e odontologia, porque ela tem uma elevada biocompatibilidade. Estudos recentes têm seu objetivo foco em fazer corpos porosos de HA que fornecem plataforma para o crescimento celular, a fim de ter maior possibilidade de locais de implantação. Este artigo apresenta uma revisão das técnicas utilizadas na produção de corpos porosos de HA, expondo os resultados mais relevantes relatados em diversas pesquisas a nível nacional e internacional; em termos de porosidade e resistência mecânica. Concluindo, finalmente, quais são as técnicas que apresentam os fatores ideais para a regeneração óssea no momento da implantação e também que existem várias possibilidades para a fabricação de corpos porosos, cujo estudo pode permitir abrir diferentes caminhos de pesquisa nesta área, a qual certamente tem sido pouco explorada na Colômbia. Palabras-chave: barbotina, gel-casting, hidroxiapatita, infiltração de espumas, liofilização, prototipagem rápida.    Cita: González Ocampo J, Escobar Sierra DM, Ossa Orozco CP. Métodos de fabricación de cuerpos porosos de hidroxiapatita, revisión del estado del arte. rev.ion. 2014;27(2):55-70

Métodos de fabricación de cuerpos porosos de hidroxiapatita, revisión del estado del arte

ResumenLa hidroxiapatita (HA) ha sido ampliamente utilizada para reemplazo óseo en campos como la ortopedia y la odontología, debido a que posee alta biocompatibilidad. Recientes estudios se han enfocado en fabricar cuerpos porosos de HA que provean una plataforma de crecimiento celular, con el fin de tener lás posibilidades de sitios de implantación. Este trabajo presenta una revisión de las técnicas utilizadas en la producción de cuerpos porosos de HA, exponiendo los resultados más relevantes reportados en diversas investigaciones tanto a nivel nacional como internacional; en cuanto a porosidad y resistencia mecánica. Concluyendo finalmente, cuales son las técnicas que cumplen con los factores óptimos para la regeneración ósea al momento de la implantación y además que existen múltiples posibilidades de fabricación de los cuerpos porosos, cuyo estudio permitiría abrir diferentes rutas de investigación en esta área, por cierto poco explorada en Colombia. Palabras clave: barbotina, gel-casting, hidroxiapatita, infiltración de espumas, liofilización, prototipado rápido.    Methods for manufacturing hydroxyapatite porous bodies, art state review  Abstract Hydroxyapatite (HA) has been widely used for bone replacement in the orthopedic and dentistry fields,due to it has a high biocompatibility. Recent studies have focused on developing HA porous bodies thatprovide a cell growth cellular scaffold, with the goal to have more possibilities of local implantation. This paper presents a review about the different methods for manufacturing porous HA bodies, it exposes the most relevant results obtained in nationally and internationally researches; related with porosity and mechanical strength. It is possible to conclude, which are the technical that present optimal factor to induce bone regeneration, and also there are many possibilities for producing porous HA bodies, their study will allow to opening different routes of investigation in this field, which are underdeveloped in Colombia. Keywords: slip-casting, gel-casting, hydroxyapatite, foam Infiltration, freeze casting, rapid prototyping.    Métodos de fabricação de corpos porosos de hidroxiapatita, revisão do estado da arte  Resumo A hidroxiapatita (HA) tem sido muito utilizada para a substituição óssea na ortopedia e odontologia, porque ela tem uma elevada biocompatibilidade. Estudos recentes têm seu objetivo foco em fazer corpos porosos de HA que fornecem plataforma para o crescimento celular, a fim de ter maior possibilidade de locais de implantação. Este artigo apresenta uma revisão das técnicas utilizadas na produção de corpos porosos de HA, expondo os resultados mais relevantes relatados em diversas pesquisas a nível nacional e internacional; em termos de porosidade e resistência mecânica. Concluindo, finalmente, quais são as técnicas que apresentam os fatores ideais para a regeneração óssea no momento da implantação e também que existem várias possibilidades para a fabricação de corpos porosos, cujo estudo pode permitir abrir diferentes caminhos de pesquisa nesta área, a qual certamente tem sido pouco explorada na Colômbia. Palabras-chave: barbotina, gel-casting, hidroxiapatita, infiltração de espumas, liofilização, prototipagem rápida.    Cita: González Ocampo J, Escobar Sierra DM, Ossa Orozco CP. Métodos de fabricación de cuerpos porosos de hidroxiapatita, revisión del estado del arte. rev.ion. 2014;27(2):55-70

Determinación de la relación entre el porcentaje del grupo amino y el grado de desacetilación del quitosano

Several methods such as elemental analysis or infrared spectroscopy technique (IR) have been already developed to determine the degree of N-acetylation, for chitin and chitosan. This paper proposed the potentiometric technique to determine the relationship between the amino group proportion and the deacetylation degree of chitosan, using two chitosan samples obtained from different sources: one, by previously established protocols, and a commercial chitosan. The polymers tested were characterized by X-ray Diffraction and Fourier Transform Infrared Spectroscopy to verify the purity of the polymers. The proposed technique allowed us to demonstrate that the molecular weight of the synthesized chitosan are within the range reported for the biopolymer with amino group proportions similar to those obtained for samples of commercial chitosan. Resumen Varios métodos han sido desarrollados para determinar el grado de N-acetilación de la quitina y el quitosano, como el análisis elemental, o la espectroscopía de infrarrojo (IR). En este trabajo se propuso emplear el método potenciométrico para determinar la relación entre el porcentaje del grupo amino y el grado de desacetilación del quitosano, para lo cual se emplearon dos muestras de quitosano obtenido de diferentes fuentes (utilizando protocolos establecidos previamente) y un Espectroscopía de Infrarrojo con Transformada de Fourier para corroborar la pureza de los polímeros. La técnica propuesta permitió demostrar que el peso molecular de los quitosanos sintetizados se encuentra dentro de los márgenes reportados para dicho biopolímero, con una proporción del grupo amino muy similar a la obtenida para muestras de quitosano comercial