Metodología para el diseño computacional de andamios a ser utilizados en reparación ósea

• Reboledo-Grau, Diana ^[1] ; Martínez-Bordes, Gabriela
  1. [1] Universidad Simón Bolívar
• Localización: Revista UIS Ingenierías, ISSN-e 2145-8456, ISSN 1657-4583, Vol. 19, Nº. 4, 2020 (Ejemplar dedicado a: Revista UIS Ingenierías), págs. 301-314
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • A methodology for computational design of scaffolds to be used in bone repair
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• Resumen
  • español

    Los andamios son unas estructuras personalizadas, cuyo diseño influye en el crecimiento celular para la reparación del tejido. Sin embargo, aún se encuentran en constante estudio para lograr todos los requerimientos biológicos. En este trabajo se propone una metodología y se evalúa numéricamente, utilizando el método de los elementos finitos, el comportamiento de varios diseños de andamio, Se evalúan diferentes geometrías variando el material (Titanio-Aluminio-Vanadio (Ti6Al4V) y ácido L poliláctico (PLLA) y tamaño del poro. Posteriormente, después de seleccionar los diseños más acordes con la rigidez de la estructura ósea donde se implantarán, se evaluó la viabilidad de los andamios en un ensamble andamio-hueso-placa en dos etapas de sanación. La inicial, cuando no hay hueso dentro del andamio, y la final de reparación, cuando el andamio está lleno de material óseo. Para su evaluación, se propuso una geometría de andamio equivalente utilizando técnicas básicas de homogenización. Se observó que el hueso dentro del andamio de Ti6Al4V, aumenta significativamente las propiedades mecánicas de la zona, pudiendo generarse importantes zonas de concentración de esfuerzo. Esto pone en evidencia la conveniencia de que el andamio sea biodegradable para evitar lesiones posteriores al paciente, debido a la diferencia de rigidez a lo largo del fémur. En esta evaluación se tomaron en cuenta solamente dos materiales biocompatibles como lo son el Ti6Al4V y el ácido L poliláctico (PLLA) (biodegradable).  La selección de estos obedeció a la amplia información que existe en la literatura sobre esta afirmación más que a un estudio riguroso de las propiedades de estos.

  • English

    Scaffolds are customized structures, whose designs influences cell growth for tissue repair. However, they are still under constant study to meet all the biological requirements. In this work, a methodology is proposed, and the behavior of various scaffold designs are numerically evaluated by using the finite elements method. Different geometries are evaluated by varying the material and pore size. Subsequently, after selecting the designs, the viability of the scaffolds in a scaffold-bone-plate assembly in two healing stages was evaluated. The initial, when there is no bone inside the scaffold, and the final repair, when the scaffold is full of bone material. For its evaluation, an equivalent scaffold geometry was proposed using basic homogenization techniques. It was observed that the bone within the Ti6Al4V scaffold significantly increases the mechanical properties of the area, and important areas of stress concentration can be generated. This highlights the convenience of the scaffold being biodegradable to avoid subsequent injuries to the patient, due to the difference in stiffness along the femur. In this evaluation, only two biocompatible materials were considered, such as titanium-aluminum-vanadium (Ti6Al4V) and polylactic acid (PLLA) (biodegradable).