Memoria para optar al Título Profesional de Médico Veterinario / El rápido desarrollo del campo de la ingeniería de tejidos apunta a reemplazar o facilitar la regeneración del tejido dañado, a través de la aplicación de materiales combinados, células y moléculas bioactivas. La alternativa son matrices de polímeros tridimensionales, dentro de los cuales las células son cultivadas. Estas matrices de polímeros, con estructura porosa, han demostrado mejorar la regeneración ósea a través de la creación y mantenimiento de canales que facilitan la migración, proliferación y diferenciación de las células progenitoras. Estas células transplantadas secretan matriz extracelular y factores necesarios para el crecimiento del tejido óseo, mientras que la matriz polimérica se va degradando gradualmente. La estructura porosa tridimensional de estos polímeros permite maximizar la difusión de los productos celulares y el desarrollo vascular dentro de la estructura implantada. El polímero es completamente reabsorbido en un tiempo determinado, permitiendo la nueva formación de tejido. Un tipo de sustituto óseo es el compósito que corresponde a la unión de dos o más sustitutos como por ejemplo: un polímero y una cerámica. Dentro de los polímeros naturales está el quitosano, cuyo precurson es la quitina, uno de los polímeros naturales más abundantes, que mejora la función del sistema inmune en animales, acelera la cicatrización y ha sido usado como material biocompatible y absorbible. Y dentro de las cerámicas está la hidroxiapatita, el mayor constituyente inorgánico del tejido óseo, que tiene buenas propiedades mecánicas y biocompatibilidad cuando es utilizada como material para implantes en dientes y hueso. No basta solo con un compósito para una regeneración ósea adecuada, la presencia de factores de crecimiento puede estimular a las células residentes como también a las células transplantadas. Entre los factores de crecimiento, se encuentra el factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF) que es un potente mitogénico y quimiotáctico celular, este factor de crecimiento puede ser liberado localmente a través del uso de diferentes vehículos poliméricos que promueven un método controlado de liberación en un tiempo adecuado. Por lo tanto, es razonable proponer el uso de un compósito compuesto por quitosano e hidroxiapatita en una disposición multilaminar similar al tejido óseo, usando el factor de crecimiento derivado de plaquetas para aumentar la proliferación y diferenciación celular. En esta memoria de título se evaluó el efecto de la liberación controlada del factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF-BB) desde un compósito de quitosano-hidroxiapatita multilaminar; y su efecto en la viabilidad, proliferación y diferenciación de los osteoblastos en cultivo. Para esto, se utilizo un kit ELISA con anticuerpos específicos para el factor de crecimiento PDGF-BB, también se uso el método MTT, prueba que cuantifica las células metabólicamente activas dentro del compósito. Como prueba de diferenciación se analizó la actividad de fosfatasa alcalina usando p-nitrofenilfosfato como sustrato, se analizó también la cantidad de calcio depositado con espectrofotometría de absorción atómica. Como pruebas cualitativas se realizó examen histológico de barrido. Los resultados mostraron que la liberación del factor de crecimiento PDGF-BB desde el compósito de quitosano-hidroxiapatita multilaminar al medio de cultivo, fue mayor los primeros días de cultivo disminuyendo paulatinamente hasta los últimos días del ensayo. La cantidad total acumulada liberada fue del 10% de la cantidad colocada inicialmente en el compósito, aún así ésta produjo su efecto aumentando la proliferación y diferenciación celular. Se observo un aumento en la proliferación osteoblástica bajo el efecto del factor de crecimiento PDGF-BB, mediante el uso de un método efectivo que midió la viabilidad y cantidad de osteoblastos dentro del compósito, demostrándose el efecto estimulador del factor de crecimiento incorporado al compósito. Claramente hubo un mayor depósito de calcio en los compósitos con factor de crecimiento, siendo una prueba indicativa de diferenciación celular. No se observó una diferencia significativa en la actividad de fosfatasa alcalina, debido posiblemente a las cantidades muy pequeñas de esta enzima en las muestras.se puede concluir que este compósito de quitosano-hidroxiapatita multilaminar enriquecido con el factor de crecimiento PDGF-BB y sembrado de células osteoblásticas, podría ser usado como implante para estimular la regeneración ósea / FONDECYT 1080185, FONDAP 11980002

[EN] There have been scientific studies since the 1960s on the use of ultrasound for the characterization of dental tissues. However, the current scientific literature on these applications is very scarce. The propagation of ultrasound in biological tissues makes it possible to characterize the acoustic and mechanical properties in a non-destructive manner. This quality has great potential for monitoring dental biological processes. In this doctoral thesis the object of study focuses on the ultrasonic monitoring of two dental applications: dental demineralization and guided bone regeneration. Dental demineralization seriously affects the health of patients, since it reduces the resistance of the tooth, generates complications by altering the occlusal structure and causes hypersensitivity and pulp problems. It is produced by pathological processes such as erosion or caries. Due to the complexity of the natural processes of demineralization, it is advisable, for its study, to provide quantitative and standardized tests in controlled laboratory conditions. Ultrasonic techniques provide localized mechanical information of the tissue, which is related to its degree of demineralization, making them an optimal tool for this purpose. On the other hand, dental bone tissues are vital for the survival of dental implants. For the correct placement of dental implants, sufficient bone volume is required to ensure their stability and durability. In cases where the amount of bone is not sufficient to support an implant, bone regeneration operations are performed. They consist of the use of bone grafts that serve as a scaffolding on which new bone is regenerated. To obtain a complete regeneration it is necessary to wait between 6 and 9 months. In addition, during regeneration, various problems may arise, such as soft tissue growth or failure of osseointegration. Currently, dentists use X-rays to evaluate the bone regeneration process, which is invasive and ionizing. For this reason, ultrasonic techniques are an option to consider when monitoring guided bone regeneration. In this doctoral thesis we evaluate the complete demineralization process of human dentin under laboratory conditions, using the ultrasonic technique of pulse echo. Time-of-flight measurements allow us to obtain the speed of sound in healthy and demineralized dentin tissue, as well as to characterize the dynamic process of acid penetration. In addition, the technique allows to measure the relevance of the demineralization produced by the acid residues inside the tooth once it has been removed from the acid solution. Beyond the evaluation of artificial demineralization lesions under laboratory conditions, as demonstrated in this doctoral thesis, the proposed technique opens new approaches for the evaluation of demineralization caused by caries. On the other hand, the second main objective of the doctoral thesis is to design a system for monitoring ultrasound-guided bone regeneration. For this purpose, we present a method to monitor the setting process of bone substitutes by means of ultrasonic backscattering techniques. By analyzing the backscattered fields, we demonstrate that it is possible to describe the acoustic properties of the material. This technique is the first step towards developing in vivo monitoring systems for complex media such as those present in bone regeneration procedures. The technique has been tested ex vivo and a prototype has been designed and built for human application based on the use of a dental splint. Finally, a protocol for monitoring bone regeneration in humans with ultrasound is presented. / [ES] Existen trabajos científicos desde la década de 1960 sobre la utilización de ultrasonidos para caracterización de tejidos dentarios. Pero a pesar de ello, la literatura científica actual sobre estas aplicaciones es muy escasa. La propagación de los ultrasonidos en los tejidos biológicos permite caracterizar las propiedades acústicas y mecánicas de forma no destructiva. Esta cualidad tiene un gran potencial para monitorizar procesos biológicos dentarios. En esta tesis doctoral el objeto de estudio se centra en la monitorización ultrasónica de dos aplicaciones odontológicas: la desmineralización dental y la regeneración ósea guiada. La desmineralización dental afecta gravemente a la salud de los pacientes, ya que disminuye la resistencia del diente, genera complicaciones al alterar la estructura oclusal y causa hipersensibilidad y problemas pulpares. Es producida por procesos patológicos como la erosión o la caries. Debido a la complejidad de los procesos naturales de desmineralización, es aconsejable, para su estudio, proporcionar pruebas cuantitativas y estandarizadas en condiciones controladas de laboratorio. Las técnicas ultrasónicas proporcionan información mecánica localizada del tejido, la cual se relaciona con su grado de desmineralización, por lo que suponen una herramienta óptima para este fin. Por otra parte, los tejidos óseos odontológicos son vitales en la supervivencia de los implantes dentales. Para una correcta colocación de implantes dentales, se precisa de un volumen óseo suficiente con el objetivo de asegurar su estabilidad y durabilidad. En los casos en que la cantidad de hueso no es suficiente para soportar un implante, se realizan operaciones de regeneración ósea. Consisten en el uso de injertos óseos que sirvan de andamiaje sobre el cual se regenerará hueso nuevo. Para obtener una regeneración completa hay que esperar entre 6 y 9 meses. Además, durante la regeneración pueden aparecer distintas problemáticas, como el crecimiento del tejido blando o un fallo de osteointegración. Actualmente, los odontólogos utilizan los rayos X para evaluar el proceso de regeneración ósea, siendo este invasivo y ionizante. Por este motivo, las técnicas ultrasónicas son una opción a tener en cuenta a la hora de monitorizar la regeneración ósea guiada. En la presente tesis doctoral evaluamos el proceso completo de desmineralización de la dentina humana en condiciones de laboratorio, utilizando la técnica ultrasónica de eco impulso. Las medidas del tiempo de vuelo permiten obtener la velocidad del sonido en el tejido de la dentina sana y desmineralizada, así como caracterizar el proceso dinámico de la penetración del ácido. Además, la técnica permite medir la relevancia de la desmineralización producida por los residuos ácidos en el interior del diente una vez que éste ha sido retirado de la solución ácida. Más allá de la evaluación de las lesiones de desmineralización artificial en condiciones de laboratorio, como se demuestra en esta tesis doctoral, la técnica propuesta abre nuevos enfoques para la evaluación de la desmineralización causada por la caries. Por otro lado, el segundo objetivo principal de la tesis doctoral es diseñar un sistema de monitorización de la regeneración ósea guiada con ultrasonidos. Para ello presentamos un método que permite monitorizar el proceso de fraguado de sustitutos óseos mediante técnicas de retrodispersión ultrasónica. Mediante el análisis de los campos retrodispersados demostramos que es posible describir las propiedades acústicas del material. Esta técnica es el primer paso para desarrollar sistemas de monitorización in vivo de medios complejos como los presentes en los procedimientos de regeneración ósea. La técnica ha sido probada ex vivo y se ha diseñado y construido un prototipo para aplicación en humanos basado en el uso de una férula dental. Por último, se presenta un protocolo para la monitorización de la regeneración ósea en humanos con ultrasonidos. / [CAT] Existeixen treballs científics des de la dècada de 1960 sobre la utilització d'ultrasons per a caracterització de teixits dentaris. Però malgrat això, la literatura científica actual sobre aquestes aplicacions és molt escassa. La propagació dels ultrasons en els teixits biològics permet caracteritzar les propietats acústiques i mecàniques de forma no destructiva. Aquesta qualitat té un gran potencial per a monitoritzar processos biològics dentaris. En aquesta tesi doctoral l'objecte d'estudi es centra en el monitoratge ultrasònic de dues aplicacions odontològiques: la desmineralització dental i la regeneració òssia guiada. La desmineralització dental afecta greument a la salut dels pacients, ja que disminueix la resistència de la dent, genera complicacions en alterar l'estructura oclusal i causa hipersensibilitat i problemes pulpars. És produïda per processos patològics com l'erosió o la càries. A causa de la complexitat dels processos naturals de desmineralització, és aconsellable, per al seu estudi, proporcionar proves quantitatives i estandarditzades en condicions controlades de laboratori. Les tècniques ultrasòniques proporcionen informació mecànica localitzada del teixit, la qual es relaciona amb el seu grau de desmineralització, per la qual cosa suposen una eina òptima per a aquest fi. D'altra banda, els teixits ossis odontològics són vitals en la supervivència dels implants dentals. Per a una correcta col·locació d'implants dentals, es requereix un volum ossi suficient amb l'objectiu d'assegurar la seua estabilitat i durabilitat. En els casos en què la quantitat d'os no és suficient per a suportar un implant, es realitzen operacions de regeneració òssia. Consisteixen en l'ús d'empelts ossis que servisquen de bastimentada sobre el qual es regenerarà os nou. Per a obtenir una regeneració completa cal esperar entre 6 i 9 mesos. A més, durant la regeneració poden aparèixer diferents problemàtiques, com el creixement del teixit bla o una fallada de osteointegració. Actualment, els odontòlegs utilitzen els raigs X per a avaluar el procés de regeneració òssia, sent aquest invasiu i ionitzant. Per aquest motiu, les tècniques ultrasòniques són una opció a tindre en compte a l'hora de monitoritzar la regeneració òssia guiada. En la present tesi doctoral avaluem el procés complet de desmineralització de la dentina humana en condicions de laboratori, utilitzant la tècnica ultrasònica d'eco impuls. Les mesures del temps de vol permeten obtenir la velocitat del so en el teixit de la dentina sana i desmineralitzada, així com caracteritzar el procés dinàmic de la penetració de l'àcid. A més, la tècnica permet mesurar la rellevància de la desmineralització produïda pels residus àcids a l'interior de la dent una vegada que aquest ha sigut retirat de la solució àcida. Més enllà de l'avaluació de les lesions de desmineralització artificial en condicions de laboratori, com es demostra en aquesta tesi doctoral, la tècnica proposada obri nous enfocaments per a l'avaluació de la desmineralització causada per la càries. D'altra banda, el segon objectiu principal de la tesi doctoral és dissenyar un sistema de monitoratge de la regeneració òssia guiada amb ultrasons. Per a això presentem un mètode que permet monitoritzar el procés d'enduriment de substituts ossis mitjançant tècniques de retrodispersió ultrasònica. Mitjançant l'anàlisi dels camps retrodispersats vam demostrar que és possible descriure les propietats acústiques del material. Aquesta tècnica és el primer pas per a desenvolupar sistemes de monitoratge in viu de mitjans complexos com els presents en els procediments de regeneració òssia. La tècnica ha sigut provada ex viu i s'ha dissenyat i construït un prototip per a aplicació en humans basat en l'ús d'una fèrula dental. Finalment, es presenta un protocol per al monitoratge de la regeneració òssia en humans amb ultrason. / Rodríguez Sendra, J. (2021). Monitorización ultrasónica de tejidos odontológicos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/176059 / TESIS

Es intención de la presente investigación dar a conocer los efectos producidos por el Plasma Rico en Plaquetas sobre los procesos de reparación ósea en alveolos dentarios luego de procedimientos de exodoncia, cuyo objetivo es evidenciar las cualidades de este aditamento quirúrgico sobre el tejido óseo y tejidos blandos perialveolares; y compararlos respecto a aquellos alveolos dentarios que no recibieron ningún aditamento. Para ello se darán a conocer todos los antecedentes de investigación y los protocolos establecidos para la obtención del Plasma Rico en Plaquetas, asímismo los fundamentos de Ingeniería de Tejidos que justifican su uso. Todo lo anteriormente señalado, así como el diseño de la investigación serán presentados a continuación. / Tesis

En el terreno de la Periodoncia y de la Cirugía Oral y Maxilofacial nos encontramos con diferentes defectos óseos como resultado de procesos infecciosos o traumatismos, los cuales van a producir severos problemas funcionales y/o estéticos, que van a precisar de un tratamiento complejo. Durante los últimos años, las aportaciones a ésta materia se han realizado principalmente a través de la combinación de diversos biomateriales ya conocidos, dejando de lado la búsqueda de nuevos materiales que nos den otras alternativas de tratamiento y sobre todo que se encuentren al alcance de los pacientes. Es por esto que en este estudio estamos tratando de introducir la “membrana amniótica liofilizada” como un nuevo biomaterial de uso odontológico. El presente estudio tuvo como objetivo investigar el efecto de la membrana amniótica liofilizada usada como barrera en el proceso de regeneración ósea guiada en tibia de conejos, para los cual se utilizaron 10 conejos raza Nueva Zelanda de 2 a 2.5 Kg y de 4 a 6 meses de edad en los que se crearon defectos circulares de 4 mm de diámetro en la región mas inferior de las extremidades posteriores del conejo (tibia). Se formaron 2 grupos, un grupo control (no se colocó membrana) y 1 grupo de estudio (se colocó membrana amniótica liofilizada como barrera). Los animales fueron sacrificados a las 6 semanas de la cirugía, realizándose un análisis clínico, radiológico e histológico. A las 6 semanas las muestras del grupo control mostró una pobre formación ósea, con una gran parte de tejido graso ocupando la zona del defecto. El grupo de estudio mostró una regeneración ósea completa del defecto (clínicamente) a las 6 semanas. Radiográficamente se observo un cambio significativo del patrón de trabeculado óseo en las muestras del grupo de estudio comparada con el grupo control. Histológicamente se observó que la mayoría de las muestras del grupo de estudio tuvo una continuidad del 100% del defecto con el hueso normal, esto acompañado de la formación de hueso maduro compacto, mientras que en el grupo control la mayoría de las muestras se halló tan solo la presencia de algunos islotes de hueso inmaduro, con una formación moderada de hueso que a lo mucho llenada 1/3 del defecto creado. Podemos llegar entonces a la conclusión que la regeneración ósea fue significativamente mayor en los defectos cubiertos con membrana amniótica liofilizada comparado con las muestras del grupo control en los cuales no se colocó ningún tipo de barrera. / -- In the field of Periodontics and Maxillofacial Surgery, we find many different bone defects as a result of infectious diseases or trauma, which will cause severe functional problems and / or aesthetic, which will require complex treatment. In recent years, contributions to this issue have done mainly through combinations of various biomaterials, but the investigators haven’t looked for new materials to give us a new alternative of treatment and prices available to patients. That's why in this study we are trying to introduce "freeze-dried amniotic membrane" as a new biomaterial for dental applications. The aim of this study was investigate the effect of freeze-dried amniotic membrane used as a barrier in the process of guided bone regeneration in rabbit tibia, for this study was used 10 New Zealand rabbits of 2 to 2.5 kg aged 4 to 6 months in which circular bone defects of 4 mm diameter were created in the lower region of the rabbit hindlimb (tibia). The rabbits were divided in 2 groups, a control group (no membrane was placed) and a study group (freeze-dried amniotic membrane was placed as a barrier). Animals were sacrificed at 6 weeks after surgery, analyzing clinical, radiological and histological study were done. At 6 weeks the control group showed signs of poor bone formation, with a large proportion of adipose tissue occupying the defect area. The study group showed complete bone regeneration of the defect (clinically) at 6 weeks. X-rays reveals a significant change in the pattern of trabecular bone samples in the study group compared with the control group. It was observed Histologically that most of the samples in the study group had a 100% continuity with normal bone defect, this coupled with the compact mature bone formation, whereas in the control group, most samples were found only the presence of some islands of immature bone, with a moderate bone formation that filled at most 1 / 3 the bone defect created. The conclusion is that bone regeneration was significantly higher in the defects covered with freeze-dried amniotic membrane compared with samples from the control group in which we didn’t put any kind of barrier.

Publicación a texto completo no autorizada por el autor. / Explora características biológicas para la elaboración, estudio y simulación de un modelo matemático para el tratamiento del tumor óseo y su interacción con la remodelación ósea. La remodelación ósea es un proceso de suma importancia, debido a que su malfuncionamiento puede generar lesiones microscópicas que al generalizarse se pueden convertir en fracturas, este proceso es regido por el modelo de Komarova, el cuál es un sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias (SEDO), que sólo considera como variables de estado las poblaciones de osteoclastos, osteoblastos y la densidad ósea. El crecimiento tumoral es regido por la ecuación de Gompertz, la cual fue desacoplada en un SEDO para luego ser introducida al sistema de la remodelación ósea, alterando la dinámica de los osteoclastos y osteoblastos. Posteriormente se introduce el tratamiento del tumor óseo, que también afecta el proceso de remodelación ósea y crecimiento tumoral. Las hipótesis específicas utilizadas para la alteración del proceso de remodelación ósea, están basadas en características biológicas encontradas en la literatura correspondiente. Desde una perspectiva cualitativa se estudió las características matemáticas relacionadas a la existencia y unicidad, acotación e invarianza de las soluciones de los diversos modelos planteados a lo largo de esta investigación. Esta investigación sustenta, mediante simulaciones computacionales, varios hechos biológicos relacionados al tratamiento del tumor óseo y su interacción con la remodelación ósea. / Tesis

Actualmente existe un gran número de lesiones y enfermedades que afectan el tejido óseo. El origen de estos problemas es diverso y su tratamiento también es diferente en cada caso. Uno de los principales problemas es la pérdida de masa ósea, que puede ser causada por la reabsorción de hueso, fracturas o extirpación de tumores; en estos casos el tratamiento requiere de un material de relleno óseo. Se espera que este material de relleno sea capaz de promover la regeneración de hueso; los materiales que cumplen con este requisito se les denomina injertos óseos. Otras aplicaciones de los injertos óseos son el aumento de hueso para corregir deformaciones o para fijar implantes dentales u ortopédicos. Se estima que en Europa los sustitutos óseos se utilizan en un millón de cirugías anualmente. El mercado mundial de estos materiales se estima en cinco billones de Euros con una tasa de crecimiento anual de 8-15 %.La hidroxiapatita, que corresponde a la fase mineral de hueso y dientes, es uno de los mejores materiales utilizados en el desarrollo de injertos óseos sintéticos. Las bioactividad y osteoconductividad de la hidroxiapatita son la razón de su éxito. Sin embargo, la hidroxiapatita es relativamente estable, por ello, los bloques sólidos no son reabsorbidos a largo plazo. Para incrementar la reabsorción de la hidroxiapatita, y permitir la formación de nuevo hueso hacia su interior, se incorporan macroporos abiertos en el material, mejorando también la osteointegración del implante. Un método para conseguir lo anterior es el espumado de los cementos de fosfatos de calcio; este enfoque tiene la ventaja de que la hidroxiapatita obtenida después del fraguado del cemento es más similar a la hidroxiapatita biológica que las hidroxiapatitas sinterizadas. Además, debido a que los cementos son inyectables cuando son una pasta, es posible obtener injertos óseos inyectables, macroporosos y autoconsolidables. El objetivo de la presente tesis es desarrollar espumas sólidas de hidroxiapatita a través del método de espumado de la fase líquida de un cemento de fosfato de calcio. Se espera que las espumas obtenidas puedan ser utilizadas como injertos óseos inyectables y autoconsolidables bajo condiciones fisiológicas. A lo largo de la tesis se estudian dos tipos de agentes espumantes. En primer lugar, el surfactante no iónico Tween 80 se estudia como agente espumante sintético, en segundo lugar, la gelatina, el alginato de sodio y el extracto de soja se estudian como agentes espumantes naturales. Estos polímeros se proponen como agentes espumantes con la intención de obtener espumas compuestas que imiten la composición y la estructura del nanocompuesto natural que es el tejido óseo.Los resultados mostraron que es posible obtener espumas inyectables de hidroxiapatita empleando contenidos de Tween 80 por debajo de la dosis máxima recomendada en administración parenteral. También se comprobó que la gelatina y el extracto de soja permiten obtener espumas inyectables y autofraguables in situ. Por el contrario, el alginato de sodio no mostró ser un buen agente espumante. Al comparar los dos tipos de agentes espumantes estudiados (sintético y natural) se puede concluir que el espumante sintético Tween 80 es más eficiente que los espumantes naturales; no obstante, la gelatina y el extracto de soja mejoran la Inyectabilidad y/o la cohesión de las espumas, ambas propiedades indispensables para utilizar estos materiales como injertos óseos inyectables y autoconsolidables.Los estudios in vitro e in vivo mostraron que las espumas obtenidas de hidroxiapatita no son toxicas, que pueden ser preparadas bajo condiciones estériles dentro del quirófano sin equipos especiales, y que las espumas seleccionadas tienen cohesión para endurecer in situ bajo condiciones fisiológicas, adaptando la forma y rellenando perfectamente el defecto cuando son implantadas por inyección. / Nowadays, there are great number of injuries and illnesses that affect bone tissue. The origin of these diseases is diverse and their treatment is also different in each case. A great problem is bone loss, which can be caused by bone resorption, fractures or bone tumor extirpation; in these cases, a bone filler material will be required. It is expected that the filling material should be able to promote bone healing; materials that meet this properties are known as bone grafts. Other applications of bone grafting materials are the bone mass augmentation to correct deformations or to fix dental and orthopedic implants. It is estimated that in Europe bone substitutes are used in one million surgical procedures annually. The worldwide market of these materials is an estimated of five billion Euros with annual growth rate of 8-15%.One of the most successful materials used in the development of synthetic bone grafting materials is hydroxyapatite, which correspond to the mineral phase of bone and teeth. The bioactivity and the osteoconductivity properties of hydroxyapatite are the reasons of its success. Nevertheless, hydroxyapatite is relatively stable; therefore, solid blocks are not resorbed in the long term. In order to increase the hydroxyapatite resorption, and allow new bone ingrowth, open macropores are incorporated to the material, improving also implant osteointegration. One method to do this is by foaming calcium phosphate cements; this approach has the advantage that the resulting hydroxyapatite after cement setting is more similar to the biological apatite than sintered hydroxyapatite. In addition, since bone cements are injectable when they are a paste, it is possible to develop an injectable, macroporous, and self-setting bone graft.The objective of this thesis was to develop solid hydroxyapatite foams through the liquid phase foaming of a calcium phosphate bone cement. It is expected that the developed foams can be applied as injectable, self-setting, synthetic bone grafts under physiological conditions. Along with this thesis, two types of foaming agent were studied. In first place, non ionic surfactant Tween 80 was tested as syntactic foaming agent; and second, gelatin, sodium alginate and soy extract were tested as natural foaming agents. These biopolymers are proposed as foaming agents with the objective of obtaining composite foams that mimic the composition and structure of the natural nanocomposite that is bone tissue.The results showed that is possible to obtain injectable hydroxyapatite foams using Tween 80 amounts below the maximum dosage recommended for parenteral administration. Also, it was validated that gelatin and soy extract allow obtaining injectable, in situ self-setting foams. In contrast, sodium alginate did not show a good foaming capacity. Comparing the two types of studied foaming agents (synthetic and natural) it can be concluded that the synthetic foaming agent Tween 80 is more efficient than the natural foaming agents; however, gelatin and soy extract improved the injectability and/or the cohesion of the foams, both essential properties to use these materials as injectable and self-setting grafts.The in vitro and in vivo studies showed that the hydroxyapatite foams obtained were not toxic, they could be prepared under sterile conditions in the operating room without special staff, and the selected foams maintained their cohesion to set in situ under physiological conditions, adapting and filling perfectly the shape of the defect when implanted through injection.

En el terreno de la Periodoncia y de la Cirugía Oral y Maxilofacial nos encontramos con diferentes defectos óseos como resultado de procesos infecciosos o traumatismos, los cuales van a producir severos problemas funcionales y/o estéticos, que van a precisar de un tratamiento complejo. Durante los últimos años, las aportaciones a ésta materia se han realizado principalmente a través de la combinación de diversos biomateriales ya conocidos, dejando de lado la búsqueda de nuevos materiales que nos den otras alternativas de tratamiento y sobre todo que se encuentren al alcance de los pacientes. Es por esto que en este estudio estamos tratando de introducir la “membrana amniótica liofilizada” como un nuevo biomaterial de uso odontológico. El presente estudio tuvo como objetivo investigar el efecto de la membrana amniótica liofilizada usada como barrera en el proceso de regeneración ósea guiada en tibia de conejos, para los cual se utilizaron 10 conejos raza Nueva Zelanda de 2 a 2.5 Kg y de 4 a 6 meses de edad en los que se crearon defectos circulares de 4 mm de diámetro en la región mas inferior de las extremidades posteriores del conejo (tibia). Se formaron 2 grupos, un grupo control (no se colocó membrana) y 1 grupo de estudio (se colocó membrana amniótica liofilizada como barrera). Los animales fueron sacrificados a las 6 semanas de la cirugía, realizándose un análisis clínico, radiológico e histológico. A las 6 semanas las muestras del grupo control mostró una pobre formación ósea, con una gran parte de tejido graso ocupando la zona del defecto. El grupo de estudio mostró una regeneración ósea completa del defecto (clínicamente) a las 6 semanas. Radiográficamente se observo un cambio significativo del patrón de trabeculado óseo en las muestras del grupo de estudio comparada con el grupo control. Histológicamente se observó que la mayoría de las muestras del grupo de estudio tuvo una continuidad del 100% del defecto con el hueso normal, esto acompañado de la formación de hueso maduro compacto, mientras que en el grupo control la mayoría de las muestras se halló tan solo la presencia de algunos islotes de hueso inmaduro, con una formación moderada de hueso que a lo mucho llenada 1/3 del defecto creado. Podemos llegar entonces a la conclusión que la regeneración ósea fue significativamente mayor en los defectos cubiertos con membrana amniótica liofilizada comparado con las muestras del grupo control en los cuales no se colocó ningún tipo de barrera. / In the field of Periodontics and Maxillofacial Surgery, we find many different bone defects as a result of infectious diseases or trauma, which will cause severe functional problems and / or aesthetic, which will require complex treatment. In recent years, contributions to this issue have done mainly through combinations of various biomaterials, but the investigators haven’t looked for new materials to give us a new alternative of treatment and prices available to patients. That's why in this study we are trying to introduce "freeze-dried amniotic membrane" as a new biomaterial for dental applications. The aim of this study was investigate the effect of freeze-dried amniotic membrane used as a barrier in the process of guided bone regeneration in rabbit tibia, for this study was used 10 New Zealand rabbits of 2 to 2.5 kg aged 4 to 6 months in which circular bone defects of 4 mm diameter were created in the lower region of the rabbit hindlimb (tibia). The rabbits were divided in 2 groups, a control group (no membrane was placed) and a study group (freeze-dried amniotic membrane was placed as a barrier). Animals were sacrificed at 6 weeks after surgery, analyzing clinical, radiological and histological study were done. At 6 weeks the control group showed signs of poor bone formation, with a large proportion of adipose tissue occupying the defect area. The study group showed complete bone regeneration of the defect (clinically) at 6 weeks. X-rays reveals a significant change in the pattern of trabecular bone samples in the study group compared with the control group. It was observed Histologically that most of the samples in the study group had a 100% continuity with normal bone defect, this coupled with the compact mature bone formation, whereas in the control group, most samples were found only the presence of some islands of immature bone, with a moderate bone formation that filled at most 1 / 3 the bone defect created. The conclusion is that bone regeneration was significantly higher in the defects covered with freeze-dried amniotic membrane compared with samples from the control group in which we didn’t put any kind of barrier.

Determina el efecto en la regeneración ósea postexodoncia del tercer molar impactado. El estudio se realiza con 20 pacientes con necesidad de exodoncia del tercer molar inferior bilateral. Las exodoncias se efectúan en un mismo tiempo quirúrgico y en uno de ellos, escogido aleatoriamente, se aplica el gel de PRP y el otro tomado como grupo control. La evaluación posoperatoria se lleva acabo hasta pasado los tres meses y medio, los parámetros evaluados son: dolor posoperatorio y curación de herida (efecto clínico), efecto radiográfico y efecto tomográfico. / Tesis

Memoria para optar al Titulo Profesional de Médico Veterinario / El mejor candidato para ser usado como implante óseo es el propio hueso, ya sea obtenido como autoinjerto o aloinjerto óseo. Sin embargo, sus reconocidas limitaciones han impulsado el desarrollo de variados biomateriales, potencialmente útiles para la sustitución ósea. El objetivo de este trabajo fue probar un nuevo implante desarrollado en base a una cerámica, la hidroxiapatita y un polímero natural, el quitosano. Juntos formaron un compósito poroso y multilaminar que fue implantado en primera instancia en subcutáneo de ratas para evaluar su respuesta tisular. Los resultados histológicos en subcutáneo de ratas mostraron una inflamación moderada a leve y la continua biodegradación del implante. En segunda instancia se efectuaron lesiones de 4 mm en tibias de conejos y se implantó el compósito, al cual previamente se le adicionaron células troncales pluripotenciales, y factores de crecimiento, necesarios para la regeneración. Los resultados mostraron que este implante es capaz de estimular la formación de hueso favoreciendo la osteoconducción, osteointegración, osteoinducción. El compósito fue lentamente biodegradado en la medida que el nuevo hueso se formó, lográndose la regeneración ósea a las 16 semanas de implantado en las tibias de conejo

La presente tesis doctoral, titulada "Diseño de scaffolds inteligentes para la prevención y tratamiento de la infección ósea", se centra en el desarrollo de materiales híbridos orgánico-inorgánicos capaces de realizar una liberación controlada de fármacos con fines biomédicos. En el primer capítulo, se presenta una introducción general sobre química supramolecular, materiales híbridos orgánico-inorgánicos y materiales porosos. En el segundo capítulo, se presentan tres proyectos sobre el diseño de puertas moleculares. En el primero, se muestran dos sistemas basados en el uso de un vidrio mesoporoso que actúa como soporte inorgánico, cargado y funcionalizado con moléculas orgánicas para llevar a cabo una liberación controlada de sustancias. La primera puerta molecular está compuesta por aminas y adenosín 5'-trifosfato (ATP), y la segunda está formada por 3-(trietoxisilil)propilisocianato unido a polímeros de ε-poli-L-lisina. Los dos sistemas se han caracterizado por resonancia magnética nuclear en estado sólido (RMN) y espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR). También se han estudiado las propiedades bioactivas de ambos materiales. Después, ambas puertas moleculares se han implementado en sólidos cargados con el objetivo de demostrar se podía realizar una liberación controlada de la carga. En el primer caso, el soporte mesoporoso se ha cargado con doxorubicina y se ha tapizado con moléculas de ATP. El sistema se ha validado in vitro con células humanas de osteosarcoma (HOS). En el segundo caso, el soporte mesoporoso se ha cargado con levofloxacino y se ha tapizado con ε-poli-L-lisina, y el sistema se validado con bacterias E.coli. Una vez descritos estos sistemas, se presenta una segunda publicación donde también se utiliza la puerta molecular de ATP. En este caso, el vidrio mesoporoso bioactivo que actúa como soporte inorgánico tiene una composición de 80%SiO2-15%CaO-5%P2O5, y se ha cargado con levofloxacino con el objetivo de conseguir propiedades antibióticas. El sólido se ha caracterizado mediante las técnicas correspoondientes, y se han estudiado sus propiedades bioactivas. Finalmente, se han utilizado bacterias E.coli para demostrar que el sólido posee actividad antibiótica, y es capaz de llevarala a cabo solo en presencia de fosfatasa ácida. El tercer proyecto presentado consiste en un soporte de MCM-41cargado con un colorante y funcionalizado con una secuencia peptídica que actúa como puerta molecular. El estímulo usado en este caso es la proteasa V8, típica del microorganismo S. aureus. El sistema ha sido correspondientemente caracterizado, y se han testado sus propiedades de liberación controlada de sustancias in vitro, demostrando la eficiencia del diseño. En el tercer capítulo, se utiliza un derivado de un componente de aceites esenciales (vanillina) para funcionar microesferas y scaffolds de fosfato de calcio, para dotarlos de propiedades antibióticas. En primer lugar, se ha sintetizado y se ha caracterizado el compuesto derivado de la vanillina, y se ha anclado en la superficie de los materiales de fosfato cálcico. Después, se han estudiado las propiedades antimicrobianas de ambos materiales en presencia de bacterias E.coli. También se han llevado a cabo ensayos de citotoxicidad con células tipo-fibroblasto L929 ynsayos de biocompatibilidad con células humanas tipo-osteoblasto MG-63, demostrando que las propiedades osteoregenerativas de los materiales originales no se ven modificadas tras el proceso de funcionalización. En resumen, se puede concluir que los resultados obtenidos a lo largo de esta tesis han contribuido al campo de los materiales de liberación controlada y de los materiales con efecto antibactérico. Estos nuevos diseños pueden ser clave en futuras aplicaciones para la investigación biotecnológica y biomédica, particularmente en terapias para la regeneración y contra la infección ósea. / This thesis, entitled "Design of smart scaffolds for the treatment and prevention of bone infection", is focused on the development of smart organic-inorganic hybrid materials capable of perform controlled-delivery of drugs with biomedical purposes. In the first chapter, a general introduction about supramolecular chemistry, organic-inorganic hybrid materials and porous materials is given. The characterization and applications of porous materials are extensively explained, since those contents are highly related to the developing of this thesis. In the second chapter, three projects based on the design of gated devices are presented. In the first publication, two gated systems based on the use of a mesoporous silica material as an inorganic support, loaded and functionalised with organic molecules to achieve a controlled drug release are studied. The first molecular gate is composed by amino moieties and adenosine 5'-triphosphate (ATP), and the second one is composed by 3-(triethoxysilyl)propylisocyanate linked to ε-poly-L-lysine polymers. The two systems were characterized by solid state nuclear magnetic resonance (NMR) and Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR). The bioactivity capabilities of the materials were also studied. Then, both molecular gates have been implemented in loaded solids in order to demonstrate their controlled-release capabilities. In a first case, the mesoporous support was loaded with doxorubicin and capped with ATP molecules, and the system has been validated in a human osteosarcoma cell culture test. In a second case, the mesoporous support was loaded with levofloxacin and capped with the ε-poly-L-lysine molecular gates, and the system has been validated with E.coli bacteria. Once these two systems are described, a second project with the ATP molecular gates is presented. In this case, the mesoporous bioactive glass which acts as support has a composition of 80%SiO2-15%CaO-5%P2O5, and it has been loaded with levofloxacin with the purpose of killing bacteria. The solid has been characterized by corresponding techniques, and its bioactive properties have been studied. Finally, E.coli bacteria have been used to demonstrate that the solid is able to perform an antimicrobial activity only in the presence of acid phosphatase. The third project consists of a MCM-41 support loaded with a dye and capped with a peptide sequence. The trigger used in this case is the V8 protease, typical of the microorganism S. aureus. The system has been correspondingly characterized, and its drug release properties in vitro have been tested, demonstrating the efficiency of the design. In the third chapter, calcium phosphate microspheres and scaffolds have been functionalised with an essential-oil component derivative in order to achieve antibacterial properties. First, the vanillin-derivative has been synthesized and characterised, and in a second step, it has been attached to the surface of the calcium phosphate materials. Then, the antimicrobial properties of both materials have been tested against E.coli bacteria. Cytotoxicity assays with L929 fibroblast-like cells have been performed in order to demonstrate that the functionalized scaffolds did not perform a cytototxic effect. Finally, biocompatibility assays have been made with MG-63 human osteoblast-like cells, demonstrating that the functionalization of the scaffolds with vanillin do not affect their osteoregenerative properties. To sum up, it can be concluded that the results obtained in this thesis have contributed to the field of stimuli-responsive materials and antibacterial devices. The new designs could be key in the development of future applications in biotechology and biomedical research, particularly in bone infection and bone regeneration therapeutics. / La present tesi doctoral, titulada "Disseny de scaffolds intel·ligents per la prevenció i tractament de la infecció òssia", es centra en el desenvolupament de materials híbrids orgànic-inorgànics capaços de realitzar una lliberació controlada de fàrmacs amb propòsits biomèdics. En el primer capítol, es presenta una introducció general sobre química supramolecular, materials híbrids orgànic-inorgànics i materials porosos. També s'explica extensivament la caracterització i les aplicacions d'aquests materials, ja que estos continguts estan altament relacionats amb el desenvolupament d'aquesta tesi. En el segon capítol, es presenten tres projectes sobre el disseny de portes moleculars. En el primer, es mostren dos sistemes basats en l'ús d'un vidre mesoporós que actua com a suport inorgànic, carregat i funcionalitzat amb molècules orgàniques per a dur a terme una lliberació controlada de substàncies. La primera porta molecular està formada per amines i adenosín 5'-trifosfat (ATP), i la segona està formada per 3-(trimetoxisilil)propilisocianat unit a polímers de ε-poli-L-lisina. Els dos sistemes s'han caracteritzat per resonància magnètica nuclear en estat sòlid (RMN) i espectroscopia infrarroja per transformada de Fourier (FTIR). També s'han estudiat les propietats bioactives de ambdós materials. Després, ambdues portes moleculars han sigut implementades en sòlids carregats amb l'objectiu de demostrar que es pot realitzar una lliberació controlada de la càrrega. En el primer cas, el suport mesoporós s'ha carregat amb doxorrubicina, i el sistema s'ha validat in vitro amb cèl·lules humanes d'osteosarcoma (HOS). En el segon cas, el suport mesoporós s'ha carregat amb levofloxací i s'ha entapissat amb ε-poli-L-lisina; el sistema s'ha validat amb bacteris E.coli. Una volta descrits aquests sistemes, es presenta una segona publicació on també s'utilitza la porta molecular d'ATP. En aquest cas, el vidre mesoporós bioactiu que actua com a suport inorgànic té una composició de 80%SiO2-15%CaO-5%P2O5., y s'ha carregat amb levofloxací amb l'objectiu d'aconseguir propietats antibiòtiques. El sòlid s'ha caracteritzat mitjançant les tècniques corresponents, i s'han estudiat les seues propietats bioactives. Finalment, s'han utilitzat bacteris E.coli per demostrar que el sòlid posseïx activitat antibiòtica, i que és capaç de dur-la a terme solament en presència de fosfatasa àcida. El tercer projecte presentat consisteix en un suport de MCM-41 carregat amb un colorant i funcionalitzat amb una seqüència peptídica que actua com a porta molecular. L'estímul utilitzat en aquest cas és la proteasa V8, típica del microorganisme S. aureus. El sistema ha sigut corresponentment caracteritzat, i s'han testat les seues propietats de lliberació controlada de substàncies in vitro, demostrant l'eficàcia del disseny. En el tercer capítol, s'ha utilitzat un derivat d'un component d'olis essencials (vanil·lina) per funcionalitzar microesferes i scaffolds de fosfat de calci amb l'objectiu de dotar-los de propietats antibiòtiques. En primer lloc, s'ha sintetitzat y caracteritzat el compost derivat de la vanil·lina, i s'ha unit a la superfície dels materials de fosfat càlcic. Després, s'han estudiar les propietats antimicrobianes d'ambdós materials en presència de bacteris E.coli. S'han dut a terme assajos de citotoxicitat amb cèl·lules tipus fibroblast L929i assajos de biocompatibilitat amb cèl·lules humanes tipus-osteoblast MG-63, demostrant que les propietats osteoregeneratives dels materials originals no es veuen modificades després del procés de funcionalització. En resum, es pot concluir que els resultats obtinguts en aquesta tesi han contribuït al camp dels materials de lliberació control·lada i materials amb propietats antibacterianes. Els nous dissenys poden ser claus per al desenvolupament de futures aplicacions en la recerca biotecnològica i bi / Polo Aguado, L. (2018). Design of smart scaffolds for the treatment and prevention of bone infection [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/111824 / TESIS