Trabajo de Investigación Requisito para optar al Título de Cirujano Dentista / Los bionanocompósitos son materiales compuestos por cerámicas bioactivas, en forma de nanopartículas y polímeros biodegradables, sintéticos o naturales, que combinan la bioactividad de las nanopartículas con las propiedades de soporte del polímero poroso (andamio), guiando la proliferación celular y el crecimiento del nuevo tejido. El poliuretano (PU) es un polímero sintético que cumple las propiedades de un andamio poroso. En este trabajo se presenta la síntesis de un PU biocompatible, más la preparación de bionanocompósitos a de PU cargadas con nanopartículas de hidorxiapatita (HA), vidrio bioactivo (BG) y vidrio bioactivo mesoporoso (MBG). Evaluando sus propiedades estructurales y bioactivas in vitro, para su potencial aplicación en ingeniería en tejido ósea. Objetivos: Sintetizar y evaluar propiedades bioactivas in vitro de bionanocompósitos a base de nanopartículas cerámicas bioactivas y poliuretano biodegrable. Materiales y Métodos: Se sintetizaron bioceramicas de HA y BG (nHA, MBG, nBG y nMBG) utilizando la técnica Sol-Gel. Los bionanocompósitos se prepararon a base de PU con un contenido de 2,5% y 5% de biocerámicas. Los materiales sintetizados se caracterizaron con difracción de rayos-X (DRX), espectroscopia infrarrojo (FTIR-ATR), pruebas mecánicas de compresión y microscopia electrónica de barrido equipada con microanálisis elemental de energía dispersiva de rayos X (SEM-EDX). La bioactividad de los bionanocompósitos se evaluó por la capacidad de inducir apatita tipo ósea en suero fisiológico simulado (SBF). La formación de apatita fue analizada con DRX, FTIR-ATR y SEM-EDX. Se realizó un ensayo preliminar de proliferación celular mediante el ensayo colorimétrico MTS utilizando células madres provenientes de la pulpa dental (DPSCs). Resultados y discusión: Los bionanocompósitos de PU presentaron un patrón poroso interconectados, con diferentes formas y tamaños (40-300 μm), apropiado para conducir la formación de nuevo tejido. Los bionanocompósitos con nBG presentaron mejor modulo elástico de compresión que PU. Los ensayos en SBF demostraron que bionanocompósitos nBG y nMBG tienen mejores propiedades bioactivas con respecto al andamio de PU y que los bionanocompósitos de MBG y nHA. Adicionalmente, los bionanocompósitos de nBG(5%)/PU y nMBG (5%)/PU no afectaron la viabilidad de células madres de pulpa dental humana. Conclusión: La incorporación de nanopartículas biocerámicas en andamios de poliuretano, permite obtener bionanocompósitos con mejoradas propiedades para inducir la formación de apatita tipo ósea in vitro. Los resultados de este estudio podrían tener consecuencias en el futuro diseño de biomateriales más eficientes, particularmente orientados a acelerar el proceso de regeneración ósea en terapias de ingeniería de tejidos. / Adscrito a Proyecto FONDECYT 1130342

Trabajo de Investigación Requisito para optar al Título de Cirujano Dentista / Introducción. Existen múltiples razones por las que a lo largo de la vida de un individuo diferentes cantidades de tejido óseo pueden perderse y generar un defecto. Cuando este defecto es mayor a cierto tamaño, el organismo no es capaz de regenerarlo y puede requerir asistencia externa. El tratamiento más frecuente para los defectos óseos es el autoinjerto, que presenta desventajas y limitaciones en su aplicación, al igual que otras alternativas de tratamiento. La Ingeniería Tisular Ósea (ITO) tiene como objetivo la regeneración de tejidos perdidos que conserven las condiciones morfológicas y fisiológicas del tejido original. Los tres pilares de la ITO son células madre, partículas bioactivas y andamios o scaffolds. En los últimos años, andamios de poliuretano (PU) biodegradable y partículas cerámicas de vidrio bioactivo han mostrado resultados promisorios de viabilidad y diferenciación osteogénica en búsqueda de una combinación que pueda ser aplicada en regeneración ósea in vivo, con células madre mesenquimales. En el último tiempo ha sido demostrado que el manejo a nanoescala de estos materiales da mejores resultados que las actuales alternativas en tamaño micrométrico, sin embargo, la evaluación de la viabilidad, comportamiento de adhesión y diferenciación osteogénica de células madre mesenquimales de pulpa dental en estos materiales no ha sido estudiada. . Objetivo. El objetivo de este trabajo es evaluar en forma preliminar la citocompatibilidad de bionanocompósitos (BNC) de PU cargados con nanopartículas de vidrio bioactivo (nBG), y de su capacidad de diferenciación osteogénica de células madre de la pulpa dental (DPSCs). Material y métodos. Se cultivaron DPSCs de terceros molares incluidos y semi-incluidos, en andamios nanocompósitos de poliuretano (PU) cargados con nanopartículas de nBG, y se evaluó su respuesta celular mediante ensayos de viabilidad cuantitativo (MTS) y cualitativo (AO/PI), adhesión a través de microscopía electrónica de barrido, y el grado de diferenciación osteogénica mediante ensayo cuantitativo (ALP) y cualitativo (NBT/BCIP), que miden el grado de actividad de la enzima fosfatasa alcalina (ALP). Resultados. Andamios nanocompósitos de PU no disminuyeron la viabilidad de DPSCs cultivadas en ellos, medida a diferentes tiempos por MTS. A través del ensayo de AO/PI se observó que DPSCs cultivadas en PU nBG 5% presentó una levemente mayor densidad de células que los otros andamios. Se observó que el comportamiento de adhesión de DPSCs en andamios nanocompósitos fue más íntimo que el de DPSCs en andamios sin nanopartículas. Los ensayos de diferenciación muestran que la adición de nanopartículas a andamios de PU acelera y aumenta el proceso de diferenciación osteogénica de células madre de la pulpa dental. Conclusiones: Andamios nanocompósitos de poliuretano cargados con nanopartículas de vidrio bioactivo son citocompatibles, mejoran la adhesión celular y presentan capacidad para acelerar la diferenciación osteogénica in vitro de células madre de la pulpa dental. Estos materiales aparecen como una alternativa promisoria para su futuro estudio como constructo bioactivo en ITO, especialmente en la reducción de tiempos de tratamiento en regeneración ósea. / Adscrito a Proyecto FONDECYT 1130342

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Química. Ingeniero Civil Químico / Uno de los mayores desafíos para la ingeniería de tejidos óseos es el desarrollo de estructuras que puedan promover la formación de hueso y estimular la formación de nuevos vasos sanguíneos (angiogénesis). El biovidrio es un material prometedor en el área de regeneración ósea y corresponde a un vidrio cerámico que puede ser dopado con distintos elementos, permitiendo otorgarle nuevas funcionalidades. En particular se destacan los iones metálicos terapéuticos, tales como el cobalto, debido a su capacidad de mejorar la angiogénesis. Esta tesis pretende desarrollar vidrios dopados con cobalto mediante el método sol-gel y estudiar los efectos que tiene la incorporación de este ión en las propiedades finales del material. Se sintetizaron mediante 2 métodos sol-gel distintos vidrios bioactivos ternarios (60SiO2-36CaO-4P2O5 %mol) dopados con 1, 2 y 4%mol de CoO, buscando obtener micro y nanopartículas (método 1 y 2 respectivamente). El área específica, la nanotopografía y el rol del cobalto en la estructura, ya sea como óxido intermediario o modificador de red, de los materiales obtenidos dependen del método de síntesis. Todos presentaron una disminución de la bioactividad al incorporar cobalto, pero las micropartículas presentaron mejores propiedades de liberación de cobalto. Así también, las micropartículas presentaron mejores resultados de viabilidad celular en comparación con las nanopartículas, asociado a las mayores áreas superficiales y mayor liberación de calcio de estas últimas. Por otro lado, todos los materiales presentaron una capacidad alcalinizadora que afectó negativamente tanto a las células SaOS-2 como Ea.HY, durante los ensayos de citocompatibilidad y migración. Se prepararon mediante fundido compósitos de PDLLA con un 10% en peso de vidrios sintetizados por el método 1. Después de 28 días de inmersión en SBF no se observó la formación de apatita mediante SEM o DRX, pero el análisis EDS indica una razón Ca/P relacionada a esta fase mineral. Además, la incorporación de vidrio en una matriz polimérica permitió regular la liberación de iones, mitigando los efectos alcalinizadores. Los compósitos con biovidrios dopados con cobalto presentaron mayores migraciones que el compósito con vidrio ternario, pero faltan estudios de los factores angiogénicos para determinar el efecto terapéutico del cobalto. Los efectos del dopaje con cobalto y la incorporación de estos vidrios en matrices poliméricas descritos en este trabajo proporcionan información importante a la hora de decidir el uso de estos materiales en ingeniería de tejidos y regeneración ósea.