Resumen Tesis Doctoral

RESUMEN DE LA MEMORIA PARA
OPTAR AL TÍTULO DE: Doctor en Ciencias
de la Ingeniería, Mención Ciencia de los
Materiales
POR: Julian Bejarano Narvaez
FECHA: Marzo 13 de 2014
PROFESOR GUÍA: Dr. Humberto Palza
DESARROLLO DE MATERIALES COMPUESTOS DE
POLIMERO BIODEGRADABLE/VIDRIO BIOACTIVO DOPADO
CON Cu y/o Zn PARA SU USO POTENCIAL COMO BIOMATERIAL OSEO
El desarrollo de biomateriales para regenerar huesos es un gran desafío, debido a que
los materiales de ingeniería convencionales no logran replicar exactamente todas las
funciones biológicas del tejido natural. Además, los biomateriales usados presentan alto
riesgo de generar infecciones debido a biopelículas bacterianas. En este sentido, esta tesis
doctoral pretende desarrollar materiales compuestos porosos (scaffolds) de matriz polimérica
biodegradable con micropartículas de vidrio bioactivo dopado con iones metálicos
terapéuticos y antibacteriales, como una alternativa de gran potencial para reparar tejido óseo.
Se sintetizaron por el proceso sol-gel, vidrios bioactivos ternarios (60SiO2-36CaO4P2O5 %mol, 58S) y cuaternarios (60SiO2-25CaO-11Na2O-4P2O5 %mol, NaBG) dopados con
1, 5 y 10 %mol de CuO y/o ZnO. Los resultados mostraron que las propiedades de los vidrios
dopados dependieron del tipo de ion metálico y su porcentaje de incorporación. En particular,
los vidrios mostraron bioactividad por la formación de apatita, sin embargo la incorporación
de Cu y Zn disminuyó la bioactividad, con el Zn inhibiendo en mayor magnitud. La liberación
de iones dependió del tipo de vidrio bioactivo (58S o NaBG) y para el caso de los iones
metálicos, la liberación de Cu+2 fue hasta 30 veces mayor a la de Zn+2. La citocompatibilidad
de los vidrios a células óseas dependió de la liberación iónica de los vidrios, siendo los vidrios
NaBG más citocompatibles que los 58S. A mayor incorporación de Cu y Zn disminuyó la
citocompatibilidad de los vidrios. Sin embargo, los vidrios basados en el NaBG dopados con
1%mol de metal fueron bioactivos, citocompatibles y presentaron propiedades antibacteriales,
por ello fueron usados como relleno en la fabricación de scaffolds de poli(D,L-láctico),
PDLLA, por incorporación de 10 y 30% en peso de vidrio usando un proceso de liofilización
con lixiviado de partículas de NaCl como porógeno. Los scaffolds preparados presentaron
porosidad interconectada de 100-400 m, adecuada para el crecimiento óseo y vascular. Se
logró un incremento hasta del 130% en el módulo de Young de los scaffolds con la
incorporación de 10% de vidrio, sin embargo, la resistencia a la compresión no mejoró
significativamente. La incorporación de vidrio bioactivo permitió la formación de apatita y
moduló la degradación del scaffold de PDLLA, evaluada por absorción de agua, pérdida de
peso y cambio de pH en el medio. En general, todos los scaffolds presentaron buena
citocompatibilidad a células madres. Además, los scaffolds con Cu promovieron mejor la
angiogénesis (actividad VEGF) y los scaffolds con Zn la osteogénesis (actividad ALP),
mientras que el scaffold con Cu y Zn mostró un efecto sinérgico en ambas propiedades. Estos
iones metálicos también le proporcionaron capacidad antibacterial al scaffold de PDLLA,
frente a la bacteria S. aureus.
En esta investigación se demostró que es posible, mediante la incorporación de iones
metálicos, diseñar un biomaterial poroso multifuncional, con degradación adecuada,
capacidad antibacterial, y potencial osteogénico y angiogénico para su uso en regeneración
ósea, por ejemplo, en defectos craneofaciales.