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Ingeniería de tejidos - Coggle Diagram
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Ingeniería de tejidos
Andamios
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Biomateriales
Por su fuente
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
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Clases:
- Autógeno: del mismo individuo
- Alo-injerto: de otro individuo
- xeno-injerto: de otra especie
Ejemplos: Colágeno, Quitosano, Ácido hialurónico, Fibrina, Alginato.
Sintéticos
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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
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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
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
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.
Material utilizado para crear dispositivos capaces de reemplazar una parte de un sistema y de funcionar en contacto directo con un tejido vivo de manera segura, confiable y biocompatible.
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
Por su rol
Bio-inerte: no hay interacción con el cuerpo. Para implantes permanentes, cirugía maxilofacial y craneal.
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Bio-reabsorbible, bio-degradable: se reabsorbe y provee elementos para la reparación del tejido.
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Por su composición
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.
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Tejido óseo
Andamios biomiméticos
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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.
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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
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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).
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Objetivo: reparación o reemplazo de funciones biológicas (tejidos y órganos). Propiedades mecánicas y estructurales específicas para cada tejido
Combina:
- Entorno adecuado
- Andamio
- Células
- Señales biológicas
Medicina regenerativa
Proceso de reemplazar, restaurar o regenerar células humanas, tejidos u órganos. Compuesto por:
- Terapia de células madre
- Terapia de genes
- Terapia de biomateriales
- Factores de crecimiento
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