Modificación de nanopartículas de hidroxiapatita con puntos de carbono para la fabricación de scaffolds multiescala - Degiovanni Morales, Stefania (Ingeniería Biomédica, 2021)
El uso de medicamentos, procedimientos quirúrgicos e injertos óseos, son las soluciones más utilizadas para el tratamiento de defectos óseos. Los injertos son el método más utilizado para el tratamiento de este tipo de defectos hoy en día, sin embargo esta solución presenta una serie de complicaciones que ha impulsado la búsqueda de nuevas soluciones más efectivas para el tratamiento de defectos óseos. Avances en el área de la ingeniería de tejidos ha permitido la fabricación de scaffolds con propiedades físicas y químicas que imiten a aquellas del hueso natural y que a su vez permitan la regeneración ósea. Con este fin, ha aumentado la necesidad de explorar nuevos materiales que permitan mejorar las propiedades mecánicas y biológicas de los scaffolds. Por ejemplo, la hidroxiapatita es un material comúnmente empleado para aplicaciones en la regeneración de tejido óseo por ser parte del componente mineral del hueso, que hace que este material se caracterice por tener propiedades similares a este tejido. Por otro lado, se ha encontrado que el uso de nanomateriales, como puntos de carbono, para la fabricación de scaffolds induce cambios en sus propiedades fisicoquímicas que puede brindar mejoras en las interacciones con células y tejidos, al promover la diferenciación y proliferación celular de células óseas y mejorar las propiedades mecánicas como la resistencia a la flexión y a la torsión. En este trabajo se propone la síntesis de puntos de carbono embebidos en nanopartículas de hidroxiapatita y la evaluación preliminar de su citotoxicidad por medio de ensayo MTT con el fin de realizar una evaluación inicial de su potencial para el tratamiento de defectos óseos. Se busca dar inicio a una línea de investigación donde se realice el análisis del impacto en las propiedades bioactivas de scaffolds multiescala con la adición de puntos de carbono embebidos en nanopartículas de hidroxiapatita, con el fin de evaluar la viabilidad de este tipo de biomateriales para aplicaciones en la regeneración de tejidos óseos.

The use of medications, surgical procedures and bone grafts are the most commonly used solutions for the treatment of bone defects. However, this solution presents a series of complications that have prompted the search for new and more effective solutions for the treatment of bone defects. Advances in the area of tissue engineering have allowed the fabrication of scaffolds with physical and chemical properties that mimic those of natural bone and allow bone regeneration. To this end, the need to explore new materials to improve the mechanical and biological properties of scaffolds has increased. For example, hydroxyapatite is a material commonly used for applications in bone tissue regeneration because it is part of the mineral component of bone, which makes this material characterized by having properties similar to this tissue. On the other hand, it has been found that the use of nanomaterials, such as carbon dots, for the fabrication of scaffolds induces changes in their physicochemical properties that can provide improvements in the interactions with cells and tissues, by promoting cell differentiation and proliferation of bone cells and improving mechanical properties such as bending and torsional strength. This work proposes the synthesis of carbon dots embedded in hydroxyapatite nanoparticles and the preliminary evaluation of their cytotoxicity by MTT assay in order to perform an initial evaluation of their potential for the treatment of bone defects. The aim is to initiate a research line where the analysis of the impact on the bioactive properties of multiscale scaffolds with the addition of carbon dots embedded in hydroxyapatite nanoparticles is performed, in order to evaluate the viability of this type of biomaterials for applications in bone tissue regeneration.
Modification of hydroxyapatite nanoparticles with carbon dots for the synthesis of multiscale scaffolds
Agradecimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .i Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .ii 1. INTRODUCCIÓN 1 1.1. Planteamiento del problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.1. General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.2. Específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.3. Contribuciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.4. Organización del documento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2. ESTADO DEL ARTE 5 2.1. Propiedades del tejido óseo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.2. Regeneración del tejido óseo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.3. Scaffolds para regeneración ósea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.3.1. Hidroxiapatita para scaffolds óseos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.3.2. Scaffolds poliméricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.3.3. Scaffolds compuestos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.3.4. Incorporación de nanomateriales en scaffolds óseos: Puntos de carbono . 15 2.3.5. Evaluación de la citotoxicidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3. METODOLOGÍA 17 3.1. Síntesis de puntos de carbono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3.2. Síntesis de nanopartículas de hidroxiapatita embebidas con puntos de carbono . 18 3.3. Fabricación de scaffolds a base de PEG y puntos de carbono embebidos ennanopartículas de hidroxiapatita .. . . 19 3.4. Pruebas de caracterización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3.4.1. Espectrofotometría UV-Vis para la determinación de las propiedades deabsorción y fluorescencia .......20 3.4.2. Ensayo MTT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 23 4.1. Caracterización de los puntos de carbono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 4.2. Caracterización de nanopartículas de hidroxiapatita embebidas con puntos decarbono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 4.3. Ensayo MTT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 4.4.Scaffolda base de PEG y puntos de carbono embebidos en nanohidroxiapatita 31 5. CONCLUSIONES 33 6. RECOMENDACIONES Y TRABAJOS FUTUROS 34 6.1. Recomendaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 6.2. Trabajos futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 BIBLIOGRAFÍA 36
Keywords: Ingeniería Biomédica; Puntos de carbono; Regeneración Osea; Citotoxicidad; Cytotoxicity; Carbon dots; Bone Regeneration