Tesis doctoral de Andy Luis Olivares Miyares
En la ingeniería de tejidos son utilizados los andamios porosos con el objetivo de reemplazar los defectos biológicos y para que sobre estas estructuras ocurra la formación de los nuevos tejidos. Los andamios beben garantizar ciertos requisitos en dependencia de la aplicación. Los ensayos y análisis experimentales en la ingeniería de tejidos llegan a ser muy costosos y en la mayoría de las ocasiones los procesos graduales que ocurren dentro de los andamios no son bien conocidos. En esta tesis se utiliza la simulación numérica para evaluar la influencia de la morfología de los andamios, así como las condiciones de cultivo en el crecimiento del tejido bajo experimentos in vitro. Las condiciones físico-químicas del cultivo se desarrollan generalmente en sistemas de bioreactores encargados de reproducir y garantizar un ambiente más eficiente. Se propone un método para analizar el escalado de un bioreactor de perfusión, intentando transferir los resultados desde una escala experimental hacia una aplicación clínica para la cual se necesita un mayor tamaño de injerto. Específicamente se desea obtener un cartílago articular que permita realizar un recubrimiento total de rodilla (diámetro=50 mm). Un método que garantiza la aplicación de las propiedades macroscópicas (permeabilidad) del biomaterial al paso del fluido de perfusión fue desarrollado. Con el uso de simulaciones de dinámica de fluido se determinó cual es el diseño de bioreactor de los propuestos que brinda una distribución de las células (sembrado) y de estímulos (cultivo) más homogénea y que por lo tanto podría garantizar un crecimiento uniforme del cartílago. Diferentes morfologías de poros (rápido prototipado) son evaluadas numéricamente. Se seleccionan dos diseños bases para los estudios, uno con una morfología giroide y el otro con forma de un prisma hexagonal. Para ambos diseños fueron analizadas porosidades de 55% y 70%, para un tamaño (400µm) controlado de elemento representativo de volumen. Aplicando condiciones de flujo de fluido de perfusión o deformaciones bajo compresión axial, se determinan los estímulos mecánicos iniciales que sienten las células. Estos estímulos son vinculados a una posible respuesta de diferenciación celular guiada por una teoría de mecano-regulación. Se concluyó que arquitecturas similares a la giroide llevan a una mejor accesibilidad del fluido y por lo tanto llevan a una mayor eficiencia durante el sembrado celular. Según la teoría de mecano-regulación se determinó que el proceso de diferenciación es más sensitivo a la aplicación de flujos de fluidos que al empleo de las deformaciones axiales sobre el andamio. Basados en el hecho que la estructura giroide se mostró como la más efectiva en la distribución del fluido se desarrolló en colaboración con otras universidades un sistema para el control del sembrado celular mediante 1) la predicción de los estímulos mecánicos, 2) la distribución de los poros giroide y 3) la verificación experimental de los ensayos de perfusión. Los andamios se reconstruyeron partiendo de las imágenes de micro tomografía. Un tipo de andamio con una distribución de tamaño de poro isotrópico (412±13 µm) y el otro con una variación gradual de tamaño de poro (250-500 µm). Los resultados mostraron como los estímulos calculados fueron más uniforme en el andamio isotrópico (15s-1 y 24 s-1) y como variaron gradualmente (12s-1 -38 s-1) en el segundo tipo de andamio. La distribución de las células sembradas también siguen el patrón de la distribución de los estímulos y los poros.La relación mostrada fue la siguiente: mayor densidad de células donde el tamaño de poro es mayor y donde el transporte de flujo es mayor. Finalmente se propone una nueva metodología para evaluar el sembrado de las células bajo condiciones de perfusión. En esta ocasión el proceso de sembrado es simulado mediante un modelo multifases lagrangiano y reproduciendo de manera más completa y compleja las condiciones experimentales de perfusión oscilante.
Datos académicos de la tesis doctoral «Evaluación computacional en andamios por prototipado rápido para la ingeniería de tejidos«
- Título de la tesis: Evaluación computacional en andamios por prototipado rápido para la ingeniería de tejidos
- Autor: Andy Luis Olivares Miyares
- Universidad: Politécnica de catalunya
- Fecha de lectura de la tesis: 10/02/2012
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Damien Lacroix
- Tribunal
- Presidente del tribunal: sergio Idelson barg
- hans Van oosterwyck (vocal)
- José Manuel García aznar (vocal)
- cécile Perrault (vocal)