Regeneración ósea mejorada a través de andamios de hidroxiapatita bifásica con porosidad controlada y funcionalización de ligandos
Este artículo presenta un enfoque innovador para la regeneración ósea mediante andamios de hidroxiapatita bifásica con gradientes de porosidad controlada y funcionalización superficial de ligandos. A diferencia de los andamios tradicionales, la propuesta combina modelado computacional de transporte de masa y una incorporación de ligandos controlada por difusión para acelerar la integración ósea y mejorar la osteointegración en defectos críticos. Los resultados indican un aumento proyectado en la fracción de volumen óseo y una mayor conectividad trabecular en plazos clínicamente relevantes.
En la fase de diseño se utilizó análisis por elementos finitos FEA para optimizar la distribución de porosidad en el andamio, simulando difusión de oxígeno y nutrientes, flujo sanguíneo y propiedades físicas de la hidroxiapatita. La función objetivo priorizó densidad celular ósea en el núcleo del andamio y acortamiento de las rutas de difusión. La solución óptima mostró un gradiente con porosidad exterior cercana al 60 por ciento y un núcleo más denso alrededor del 30 por ciento, favoreciendo la vascularización manteniendo estabilidad mecánica.
Para la funcionalización superficial se implementó un proceso controlado por difusión para incorporar péptidos RGD y miméticos de BMP-2, calculando tiempos de exposición y concentraciones mediante la resolución de la ecuación de difusión y optimización con algoritmos evolutivos. Este método garantiza una distribución reproducible y predecible de ligandos en la matriz porosa, a diferencia de recubrimientos aleatorios que generan heterogeneidad.
La fabricación combinó conformado por slurry casting con distribución controlada del tamaño de partícula y sinterizado a alta temperatura para alcanzar resistencia mecánica adecuada. La caracterización incluyó micro CT para cuantificar porosidad y estructura tridimensional, XPS para verificar densidad de ligandos superficiales y ensayos de compresión para determinar propiedades mecánicas. En ensayos in vitro, hMSCs cultivadas en los andamios funcionalizados mostraron marcadores osteogénicos significativamente superiores frente a controles, mientras que estudios in vivo en defectos críticos de modelo preclínico evidenciaron mayor volumen óseo y conectividad.
La integración del modelado FEA con la fabricación permite ajustar diseños personalizados según imagenología del paciente y requisitos mecánicos, lo que facilita la producción escalable de andamios optimizados. La modularidad del proceso admite automatización y control de calidad industrial, abriendo la puerta a aplicaciones en cirugía reconstructiva, implantes dentales y reparación de trauma óseo.
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