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Ingeniería de tejidos - Coggle Diagram

- - - - Regeneración de tejidos que requieren soporte mecánico. Reemplaza temporalmente el tejido dañado, da soporte para la colonización, migración y proliferación celular. Se degrada con el tiempo. Permite control sobre tamaño, forma y propiedades. Se adquiere la imagen de lo que necesira, se hace un post procesamiento y luego se lo imprime.
    - - Producción fácil y rápida de estructuras porosas. Se usan porógenos solubles en agua (sales o azúcares) que se dispersan en una solución del polímero con solvente volátil, se vierten en un molde y se evapora el solvente. El compuesto solidificado se sumerge en agua donde el porógeno se filtra y crea una estructura como una esponja
    - - Simple y rápida. Se hace un prensado mecánico de partículas secadas por pulverización para darle porosidad, seguido por una reacción de reticulación para darle resistencia mecánica y estabilidad.
    - - Muy usada. Pcpio de sublimación. Se disuelve el polímero en un solvente y se vierte en un molde, luego se congela a una cierta temp, por liofilización a alto vacío, el solvente se elimina y se tiene un andamio con alta porosidad e interconectividad. Bueno para tejidos óseos. Usado para andamios a partir de polímeros naturales
    - - Permite una modulación de las prop mecánicas y estructurales. Se tiene un bomba inyectora conectada a una aguja, por donde la disolución del polímero es impulsada. Entre la punta de la aguja y una placa colectora metálica se establece un campo eléctrico, que cuando la tensión superficial de la gota en el extremo de la aguja es vencida por la fuerza del campo eléctrico, la gota se distorsiona expulsando un chorro de líquido de cadenas poliméricas hacia el colector formando hilos delgados. El colector puede ser estacionario (fibras al azar) o giratorio (alineadas).
        
        Ej: andamios para células cardíacas de rata a base de PCL
    - - No usan sustancias específicas como porógenos, Usan fenómenos termodinámicos para inducir la formación de poros. Se induce la solución de polímero en dos fases, una con baja concentración de polímero y otra con alta concentración. Puede ser por separación sólido?líquido o desmantelamiento líquido/líquido
        
        Ej: andamios a base de PCL
    - - Permite obtener mico y macro porosidad. Se diseña la pieza que se quiere en computadora, se coloca los materiales en forma de polvo y luego se pasa un laser que según la forma va induciendo temperatura fusionando las partículas y produciendo el material.
    - - Modifica materiales a miro escala rápido y controlada. Un láser enfocado en un volumen de polímeros y va eliminando el material sobrante para producir la pieza deseada.
        
        Ej: células de rata neonatal en armazones de panal de abeja a base de PGS
    - - Prepara andamios y membranas 3d con geometría bien definida a escala micro y macro. Se envía a presión constante por una microjeringa de acero la solución con polímero hacia un soporte. El movimeinto de la aguja se controla por computadora. La estructura del andamio y la topografía necesarios para el compromiso de las células madre, mientras que las señales biológicas (factores de crecimiento e interacciones), son necesarios para completar el proceso de diferenciación.
  - - - Naturales
        
        Ventajas:
        
        Muy biocompatibles
        
        Poca rta inflamatoria
        
        Sustrato natural para la unión, proliferación y diferenciación celular
        
        Desventajas:
        
        Pobres prop mecanicas
        
        Poca capcidad de trabajo
        
        Rápida degradación
        
        Para mejorar las propiedades mecánicas -> Crosslinking: es entrecruzar los polímeros naturales evitando la rápida disolución de andamios en ambientes acuosos, sin embargo, disminuyen la porsoisdad lo que dificulta la localización y migración de células. Pueden incluir efectos citotóxicos
        
        ECM scaffolds
        
        Mezcla de polímeros naturales y sintéticos
        
        ECM (Matriz extracelular): sostiene las células en el tejido, dan soporte, regulan la comunicación intracelular y almacenan factores de crecimiento
        
        Frente a una ruptura en el tejido, se fabrican andamios a partir de ECM. Donde se implantan, a medida que se van degradando liberan factores de crecimiento, reclutando céluals madre y modelando una rta inmune para la conversión del tejido nativo
        
        Como se fabrican?
        
        1 more item...
        
        Clases:
        
        Autógeno: del mismo individuo
        
        Alo-injerto: de otro individuo
        
        xeno-injerto: de otra especie
        Ejemplos: Colágeno, Quitosano, Ácido hialurónico, Fibrina, Alginato.
      - Sintéticos
        
        Ventajas:
        
        Propiedades mecánicas superiores a los naturales
        
        Buenos para soporte mecanico y resistencia al estrés cíclico del tejido
        
        Estas prop, junto con hidrofilia y degradabilidad, se pueden controlas de manera reproducible
        
        Desventajas:
        
        Interacción deficiente con las células y el entorno biológico
        
        Induce reacción inflamatoria mayor
        
        Clases:
        
        Poliácido glicólico (PGA)
        
        Material termoplástico, rígido con alta cristalinidad.
        
        Tiene alta sensibilidad a la degradacin hidrolítica.
        
        Permite fabricar andamios porosos y espumas
        
        Su degrdación se ve afectada por el tipo de técnica usada.
        
        Su producto de degradación, ácido glicólico, es un metabolito natural (no debería ser inflamatorio en bajas concentraciones)
        
        Se usa en suturas reabsorbibles Dexon
        
        Poliácido láctico (PLA)
        
        Para la mayoría de las aplicaciones, se elige el isómero (l) ya que se degrada en ácido láctico que se metaboliza en el cuerpo. Mayor hidrofobicidad con respecto al
        ácido poliglicólico (PGA) y, como consecuencia, mayor resistencia a la degradación por hidrólisis.
        
        Son muy biocompatibles, no tóxicos y no inflamatorios. Se utiliza mucho PLA-PGA en reparación ósea. Mucha resistencia a hidrólisis
        
        Polilactona (PCL)
        
        Polímero semicristalino con baja temerpatura de fusión que se degrada a una velocidad menor que el PLA, 2 a 3 años. Útil para sistemas de administración de farmacos implantables a largo plazo. Es no tóxxico y compatible con los tejidos.
        
        Polifumaratos de propileno (PPF)
        
        Poliéster basado en ácido fumárico. Se dagrada en ácido fumárico, sustancia natural del ciclo de krebs. Se utiliza en formulaciones de fármacos. Degradación masiva dependiente d ela esctructura
        
        Poliésteres biodegradables
        
        Muy utilizados para regeneración de tejido cardíaco. Biocompatibilidad probada, sin embargo los polímeros sintéticos aún no son considerados materiales de andamiaje óptimos: Son básicamente hidrófobos, impiden una buena adhesión celular y tienden a desintegrarse en lugar de degradarse lentamente. Sus productos de biodegradación ácida pueden inducir altas respuestas inflamatoria
        
        Poliuretanos
        
        Tienen biocompatibilidad y capacidad de resistir tensiones cíclicas lo que lo hace bueno para aplicaciones cardiovasculares. Su comportamiento biológico y mecánico depende en gran medida de su composición química
        
        MEzclas y compuestos de polímeros
        
        Mezclar poímeros naturales (colágeno o gelatina) y sintétios (PLA o PCL). El propósito es obtener un material que combine la biocompatibilidad y las propiedades biológicas de ECM del componente natural y las características mecánicas superiores del sintético, actuando este último como soporte físico y degradándose luego con el patrón deseado.
    - - Objetivo: Sustituir o regenerar tejidos vivos y sus funciones, siendo biocompatibles, con respuesta inflamatoria mínima o nula después de la implantación. Debe promover la unión, diferenciación y proliferación de las células.
        
        Composición: por biomateriales que puedan regenerar la matriz y degradarse
        Porocidad: para que las células puedan ubicarse en todo el andamio y aportar nuctrientes
        Nanotopografía: terreno a gusto para las células para que vayan y colonicen el andamio
    - - Bio-inerte: no hay interacción con el cuerpo. Para implantes permanentes, cirugía maxilofacial y craneal.
      - Bio-activo: participa en la reparación de tejido. Para implantes dentales y prótesis ortopédicas.
      - Bio-reabsorbible, bio-degradable: se reabsorbe y provee elementos para la reparación del tejido.
    - - Temporales: reabsorbibles o seran removidos
      - Permanentes
    - - Cerámicos: buena biocompatibilidad, resistencia a la corrosión e inercia química. Problemas ante esfuerzos de alto impacto, son inelásticos, poseen alta densidad y son difíciles de producir.
      - Polímeros: Ventaja de ser elásticos, baja densidad y fáciles de fabricar. Pero, baja resistencia mecánica y degradación con el tiempo.
      - Metales y aleaciones: alta resistencia al impacto y al desgaste. Desventajas: baja biocompatibilidad, factibles de ser corroídos en medios fisiológicos, alta densidad, y dificultad para lograr conexión con tejidos conectivos suaves.
      - Composites
      - Minerales naturales.
  - - - Materiales osteobiológicos
        
        Biomateriales diseñados para usarse como materiales implantables para la reparación y remodelación ósea. Son biocompatibles y promueven la unión y migración celular.
        
        Biomateriales sintéticos
        
        Biocerámicas: basadas en fosfato de calcio. Gran similitud con tejido humano y muy biocompatible. Son óptimos, pero tienen baja resistencia mecánica y tenacidad a la fractura
        
        Hidroxiapatita
        
        LA más usada. Alta biocompatibilidad, una lenta biodegradabilidad, buenas propiedades osteoconductoras y osteoinductoras. Alta estabilidad termodinámica
        
        Whitlockita
        
        Segundo más usado. Mayor capacidad de polifereación celular y mineralización que HAP. MAyor estabilidad en condiciones ácidas. Mejor reabsorción de matrices orgánicas óseas en condiciones de pH ácido, necesaria para la formación de hueso.
        
        PLA. PGA , PLGA y PCL
        
        Biovidrio
        
        Material compuesto de calcio, fosfato y silicio. Es biocompatible y osteoindutivo, lo que facilita la miragión y diferenciación celular. Es una forma de cerámica bioactiva que mejora la osteorregeneración y se utiliza ampliamente en implantes y andamios.
        
        Hidrogeles
        
        Las propiedades del hidrogel se pueden ajustar controlando la química de reticulación, que decide el destino de las células madre cultivadas en él; por ejemplo, los hidrogeles más
        rígidos promueven la diferenciación osteogénica. La incorporación de biovidrio ayudó en la diferenciación osteogénica.
        
        Biomateriales naturales
        
        Ventajas:
        
        Facilidad de adquisición
        
        Gran biocompatibilidad
        
        Leves rtas inflamatorias
        
        Desventajas:
        
        Diferencias en sus propiedades según su composición
        
        Ejemplos:
        
        Colágeno
        
        Principal componente protéico de la matriz, es abundante, gran biocompatibilidad. El más utilizado. Carece de resistencia mecánica deseada, se puede incrementar con tratamiento químico.
        
        Quitosano
        
        Abundante, derivado de costras de crustáseos. Es biodegradable, biocompatible, no antigénico, no tóxico y biofuncional
        
        Ácido hialurónico
        
        Se encuentra en tejido conectivo del cuerpo, piel, cartílago y humor vítro. Grandes propiedades estructurales y de relleno de espacios. Altamente biocompatible.
        
        Alginato
        
        Se puede mezclar con otros biomateriales derivados naturales para aumentar la integridad y resistencia mecánica de los andamios.
        
        Fibrina
        
        Compuesta por fibrinógeno y trombina. Biodegradable y altamente angiogénica. PAra armazones para regeneración de tejido óseo y cicatrización de heridas
      - Factores de crecimieto
        
        Se utilizan factores de crecimiento como ligandos, hormonas y citocinas. Ayudan a desencadenar la señalización bioquímica de procesos celulares como el crecimiento, proliferación o diferenciación.
        
        Las proteínas morfogenéticas óseas (BMP), promueven el crecimiento de tejido óseo nuevo dentro de los andamios. El BMP es el factor de crecimiento más utilizado en el andamio biomimético.
        
        Se inmovilizan los factores de recimiento en el armazón del andamio, mediante enlaces no covalentes (absorción física) y covalentes (absorción química). Los factores de crecimiento en el andamio deben ser estables y activos durenate todo el período de regeneración ósea.
      - Células madre
      - Buscan que se regenere el tejido óseo, sirven como plantillas para el crecimiento celular. Una vez implantados se recluten célular madre, la formación de vasos sanguíneos y tejido óseo y la posterior degradación del andamio
        
        Propiedades:
        
        Mecánicas: deben soportar cargas externas y estabilidad. Tener una resistencia mecánica. Se busca que el módulo elástico, la resistencia a la tracción, la tenacidad a la fractura, la fatigabilidad y el porcentaje de elongación, sea lo más similar posible al tejido óseo diana
        
        Biodegradación: la tasa de degradación debe ser lo más cercana posible a la tasa de crecimiento del tejido para mantener estabilidad y estructura. Los materiales degradados deben poder metabolizarse y eliminarse del cuerpo
        
        Las propiedades mecánicas y la degradación del andamio dependen principalmente de las propiedades del biomaterial y la estructura, geometría y porosidad del andamio 3D.
        
        Biocompatibilidad: compatibles con la actividad celular normal, señalización molecular sin respuestas adversas. Antes de la implantación deben controlarse la citotoxicidad, genotoxicidad, inmunogenicidad, mutagenicidad y trombogenicidad.
        
        Bioactividad: Capacidad de calcificación de los materiales que sustituyen al hueso. Materiales que presentan esta capacidad: hidroxiapatita (HA), fosfatos de calcio y los vidrios bioactivos (BG)
        
        Diseño
        
        Deben promover el crecimiento celular dentro de sus estructuras y deben reaccionar de manera controlada in vitro y en el sitio de implantación específico in vivo.Buscan imitar la generación de tejido auténtico, mientras permite un control estricto sobre el entorno celular y los procesos celulares
        
        A tener en cuenta:
        
        factores básicos como la porosidad, la relación superficie/volumen, la estructura, la forma de la superficie y la química de la estructura del polímero; y composición, estructura y peso molecular del biomaterial.
        
        Lo andamios sirven como material osteoconductor ya que la regeneraicón se aproduce a partir de las paredes óseas ya existentes. Si son sólidas n oforma hueso, por eso deben ser porosas para que se forme hueso
        
        El tamaño de los poros ayuda en la infiltraión celular y la nueva vasculización. Los poros deben ser intreconectados ya que son la puerta de entrada y salida para los vasos sanguíneos
        
        Fabricación
        
        Impresión 3D: permite diseña una pieza con una estructura específica. Se puede controlar el tamaño y densidad de los poros, así como las propiedades mecánicas de los andamios mezclando varios materiales como (ej hidrogel y biovidrio).
- - - - Inserción (deleción) de elementos funcionales ausentes en el genoma de un individuo con el objetivo de tratar una enfermedad o realizar un marcaje.
        
        Proceso: tengo una persona, le extraigo células, por otro lado en laboratorio genero un virus que lo inserto en un gen y lo mezclo con células del paciente. Las células se modifican genéticamente y se incorporan nuevamente en la persona.
        
        Terapia Ex vivo
        
        Se hace un biopsia, se extraen las células, se las repara en laboratorio y se las vuelve a implantar con ayuda de un vector. Permite mayor control. Reducida a células hematopoyéticas
        
        Vectores: transporte para llegar a la célula diana
        
        Debe ser:
        
        Reproducible y estable
        
        Permitir la inserción del material genético
        
        Reconocer y actuar sobre células específicas
        
        Regular la expresión del gel terapéutico
        
        Carecer de elementos que introduzcan rta inmune
        
        Ser inocuo
        
        Tipos
        
        2 more items...
        
        Terapia In situ
        
        Se introduce el gen directamente en el órgano defectuoso
        
        Estrategia In vivo
        
        El gen se inserta en un vector que lluego es inyectado en el paciente en la célula diana y realiza una modificación en el adn. Es dificil que un vector localice un único tipo de células diana
      - Problemas:
        
        En células germinales trae problemas éticos
        
        Es temporal por lo que se debe repetir c/tiempo
        
        Riesgos de rta inmune si los vectores se contaminan
        
        Enfermedades de mutaciones
        
        Pueden producir tumores por mutagénesis
  - - - Pluripotentes
        
        iPS: células madre pluripotenciales capaces de generar la mayoría de los tejidos, derivadas artificialmente de un célula que inicialmente no era pluripotencial.
        
        Se toman células aduta diferenciada del paciente y pasa por un proceso de reprogramación donde se les induce un gen exógeno para des-diferenciarlas. Luego, se les tranfiere el gen para diferenciarlas en el tejido necesario, y se las reemplanta en el paciente
      - Multipotentes
      - Totipotentes