Formulación, caracterización y evaluación de biomateriales para su uso con fines biomédicos utilizando fabricación aditiva

Abstract

La policaprolactona es un biomaterial ampliamente utilizado en el Estado del Arte para la fabricación de estructuras soporte (scaffolds) para la regeneración de hueso. Sin embargo, la hidrofobicidad de este material dificulta la adhesión celular y la posterior colonización de la estructura. Además, sus características térmicas, reológicas y mecánicas son apropiadas para su empleo como material de alimentación en procesos de fabricación aditiva basados en la extrusión de material fundido. Este tipo de métodos de fabricación ofrecen una alta flexibilidad de diseño y la posibilidad de obtener estructuras con una porosidad interconectada y definida, lo que es de gran interés para la obtención de scaffolds adaptados a diferentes aplicaciones de Ingeniería de Tejidos. En este trabajo se han propuesto varias alternativas para mejorar las propiedades de estructuras porosas obtenidas por fabricación aditiva de base policaprolactona para su empleo en Ingeniería de Tejidos. Por una parte, se ha valorado la introducción de dos aditivos celulósicos para la obtención de composites de matriz de policaprolactona. Por otra, se propone un tratamiento superficial basado en el recubrimiento de las estructuras de policaprolactona con extracto de aloe vera. Los aditivos empleados para la formulación de composites han sido la celulosa microcristalina (MCC) y la carboximetilcelulosa de sodio (CMC). En el primer caso, ha sido posible obtener piezas mediante fabricación aditiva que contienen un 2%, un 5% y un 10% (p/p) de aditivo. En el caso de la carboximetilcelulosa, los porcentajes que pudieron aplicarse fueron de un 2% y un 5% (p/p). El límite de aditivo que puede emplearse se justifica por los problemas de procesabilidad que presentaban las mezclas con un alto contenido de aditivo y que hicieron inviable la impresión tridimensional de esas combinaciones. Las estructuras obtenidas han sido caracterizadas para determinar su hidrofilicidad, su morfología, sus propiedades mecánicas y su afinidad biológica en cultivos in vitro. Los resultados obtenidos muestran el potencial de estas combinaciones, especialmente las basadas en mezclas policaprolactona:celulosa microcristalina, para su utilización en aplicaciones de regeneración de hueso trabecular. El recubrimiento con aloe vera se ha realizado por inmersión de las piezas previamente tratadas con plasma de oxígeno. El extracto empleado fue ajustado a diferentes valores de pH con el fin de comprobar si este parámetro afecta a las propiedades finales del recubrimiento. La caracterización biológica de este grupo de muestras demostró la efectividad de esta estrategia como forma de incrementar la afinidad celular de las estructuras de policaprolactona. De hecho, los valores obtenidos para las piezas recubiertas fueron superiores a los proporcionados por las piezas tratadas exclusivamente con plasma. Dado que el tratamiento con plasma es una de las opciones más ampliamente estudiadas en el Estado del Arte como forma de incrementar la bioafinidad de la policaprolactona, la comparativa realizada en esta tesis doctoral permite definir el potencial de los recubrimientos de aloe vera para tal fin.