Evaluación de las propiedades físicas de un scaffold compuesto de PEG y nanohidroxiapatita embebida con puntos de carbono según su composición y uso de espaciadores

Abstract

El uso de injertos es el método más utilizado en el tratamientos de defectos óseos. Estos presentan limitaciones en su disponibilidad y respuesta inmunológica por lo que es de gran importancia encontrar un tratamiento alternativo. Desde el campo de la ingeniería de tejidos se ha propuesto el desarrollo de scaffolds para regeneración ósea, fabricados haciendo uso de biomateriales que favorecen la osteointegración y osteoindución. Dentro de los diferentes scaffolds, aquellos realizados con materiales compuestos permiten combinar unas adecuadas propiedades mecánicas con una buena interacción biológica. En esta investigación se sintetizó un scaffold poroso a base de un compuesto de polietilenglicol y nanohidroxiapatita con puntos de carbono embebidos (PEG-nHA-PC). La síntesis del los puntos de carbono (PC) se hizo por reacción asistida por microondas, los cuales exhibieron una fluorescencia característica en el rango de 400 nm a 500 nm. La nanohidroxiapatita embebida con puntos de carbono (nHA-PC) fue sintetizada por el método de precipitación continua rápida. Se estimo un 24.5% de incorporación de PC en la nanohidroxipatita y el producto final nHA-PC, conservaba las mismas propiedades fluorescentes de los PC originales. Diferentes scaffolds de PEG-nHA-PC fueron sintetizados por el método de mezcla directa, variando la relación de composición PEG:nHAPC en 80:20, 70:30 y 60:40. Las probeta con relación de composición de 60:40 compactada con una fuerza de 4000 N, presentó los resultados mas prometedores, con una densidad de 0,619 g/cm3 . Por último, se proponen e implementan dos protocolos que permiten la introducción de compuestos espaciadores con el propósito de aumentar la porosidad del scaffold. Se determinó que el protocolo que hace uso de bicarbonato de amonio como compuesto espaciador como el más apropiado, al demostrarse la remoción total del compuesto espaciador y un tener procedimiento experimental más simple. La densidad estimada del scaffold PEG-nHA-PC poroso fue de 0,504 g/cm3 , similar a la densidad del hueso trabecular. Esta similitud encontrada aporta en el potencial de este scaffold en su posible uso para el tratamiento de defectos óseos.

The use of grafts is the most used method in the treatment of bone defects. These have limitations in their availability and immunological response, so it is of great importance to find an alternative treatment. From the field of tissue engineering, the development of scaffolds for bone regeneration has been proposed, manufactured using biomaterials that favor osseointegration and osteoinduction. Within the different scaffolds, those made with composite materials allow combining adequate mechanical properties with good biological interaction. In this research, a porous scaffold was synthesized based on a compound of polyethylene glycol and nanohydroxyapatite with embedded carbon dots (PEG-nHA-PC). The synthesis of the carbon dots (CP) was done by microwave-assisted reaction, which exhibited a characteristic fluorescence in the range of 400 nm to 500 nm. Carbon-dot embedded nanohydroxyapatite (nHA-PC) was synthesized by the rapid continuous precipitation method. A 24.5% incorporation of PC in the nanohydroxyapatite was estimated and the final product nHA-PC, conserved the same fluorescent properties of the original PC. Different PEG-nHA-PC scaffolds were synthesized by the direct mixing method, varying the PEG:nHAPC composition ratio in 80:20, 70:30 and 60:40. The specimen with a composition ratio of 60:40 compacted with a force of 4000 N, presented the most promising results, with a density of 0.619 g/cm3. Finally, two protocols are proposed and implemented that allow the introduction of spacer compounds with the purpose of increasing the porosity of the scaffold. It was determined that the protocol that makes use of ammonium bicarbonate as a spacer compound is the most appropriate, since it demonstrates the total removal of the spacer compound and a simpler experimental procedure. The estimated density of the porous PEG-nHA-PC scaffold was 0.504 g/cm3, similar to the density of trabecular bone. This similarity found contributes to the potential of this scaffold in its possible use for the treatment of bone defects.