El hueso, para su estudio, se puede considerar tanto un tejido como una estructura, ya que desempeña dos funciones básicas: (i) control del metabolismo mineral de Ca, P y Mg (función fisiológica) y, (ii) sostén y protección de órganos (función mecánica). Como el material estructural primario del cuerpo, el mismo debe soportar una variedad de condiciones de carga estáticas y dinámicas; lo cual le es posible debido a la alta complejidad de su estructura altamente organizada. El tejido óseo es un compuesto de fibras de colágeno resistentes, aunque flexibles, reforzadas con nanocristales de fosfato cálcico. Esta estructura compuesta le da una rigidez mucho mayor que el resto de los tejidos mientras que le proporciona una tenacidad a la fractura y resistencia al daño sorprendentemente altas. La complejidad mecánica del tejido óseo, compuesto de hueso cortical y hueso trabecular, ambos con comportamientos mecánicos distintos, supera la de la mayoría de los materiales utilizados en ingeniería y por tal motivo su reemplazo por un material funcional es prácticamente imposible. Las dificultades clínicas que radican en la incapacidad de restaurar, frente a una pérdida de masa, la funcionalidad del tejido óseo mediante la sustitución sumado al deterioro de la micro-arquitectura ósea o pérdidas cualitativas de tejido asociadas a ciertas patologías, motivan la necesidad de investigar el modo de regenerar tejido nativo. El objetivo es guiar la formación de hueso sano necesario y suficiente para cubrir los defectos óseos, así como también brindar un soporte adecuado para alojar las prótesis. La ingeniería de tejido en las últimas décadas se ha convertido en un área de la ciencia que nos despliega una opción para la regeneración ósea en lugar de la sustitución mediante el uso de estructuras tridimensionales (3D) o matrices enriquecidas que pueden proveer de manera autóloga el sistema de reparación y regeneración de hueso a grandes volúmenes: biorreactores óseos. Estos sistemas se han convertido día a día en la opción más considerada y consisten en el acoplamiento y organización de células, andamios y complementos fisiológicos que simulen el ambiente tisular. Con la combinación adecuada de estos factores es posible obtener la respuesta celular adecuada hacia la regeneración funcional de tejido, siendo el andamio la estructura de sostén mecánico de todo el sistema. Considerando lo mencionado, durante el presente trabajo se plantearon los siguientes objetivos específicos con el objetivo general de crear una estructura con potencial aplicación como biorreactor óseo: (1) estudiar la respuesta potencial de regeneración celular ósea ante la presencia de nanorodillos de hidroxiapatita (HA) sintética; componente fundamental de la estructura u andamio a preparar. (2) Determinar las propiedades e interacciones de los nanorodillos de HA con una proteína derivada de la hidrolisis de colágeno (gelatina); la organización de este sistema compuesto será la base estructural del andamio. (3) Construir y caracterizar un andamio basado en los componentes mencionados en la búsqueda del desarrollo de un biorreactor óseo. Para cumplir con los objetivos planteados, en primer lugar, se estudió la viabilidad, proliferación, adhesión y diferenciación en linaje osteogénico de células madre derivadas de tejido adiposo humano cultivadas en presencia de recubrimientos de dos tipos de nanorodillos de hidroxiapatita. Estos aspectos fueron analizados mediante técnicas de cuantificación de la actividad metabólica celular, actividad de la fosfatasa alcalina, cuantificación de la expresión génica, determinación de depósitos de fosfato de calcio y observación de las células adheridas. En segunda instancia, mediante el análisis de la viscosidad y densidad de soluciones con diferentes concentraciones de gelatina y cantidades de nanorodillos de hidroxiapatita mantenidas a distintas temperaturas se estudió la organización hidrodinámica de nuestro sistema. Esta sección fue complementada con estudios de espectroscopía y microscopía óptica. Como tercer paso se seleccionó una de las soluciones estudiadas, a la cual se le añadió un agente entrecruzante para obtener andamios a partir de un proceso de liofilizado. Estos andamios fueron luego caracterizados estructuralmente utilizando técnicas como microscopía electrónica de barrido, microscopía electrónica de transmisión de alta resolución, difracción de rayos X, espectroscopía infrarroja, espectroscopía fotoelectrónica de rayos X y calorimetría diferencial de barrido. Por otro lado se hicieron estudios en soluciones fisiológicas simuladas de degradación y bioactividad. En la parte final de nuestro trabajo, se realizaron estudios acerca de la porosidad, almacenamiento de solventes y propiedades mecánicas de los andamios construidos. Como resultado de este estudio, se obtuvieron andamios conformados a partir de una hidroxiapatita sintética similar a la apatita ósea, capaz de inducir proliferación y diferenciación celular, combinada con gelatina y un agente entrecruzante que presentan propiedades mecánicas comparables con las encontradas en tejidos óseos y características estructurales apropiadas para su consideración como biorreactor. Además, los estudios de bioactividad y degradación de los andamios también arrojaron resultados prometedores para su aplicación en ingeniería de tejidos óseos. / The bone, for its study, could be considered both a tissue and a structure, since it performs two basic functions: (i) control of Ca, P and Mg mineral metabolism (physiological function) and, (ii) support and protection of organs (mechanical function). As the primary structural material of the body, it must withstand a variety of static and dynamic loading conditions; which is possible due to the high complexity of its highly organized structure. Bone tissue is a composite of tough but flexible collagen fibers reinforced with calcium phosphate nanocrystals. This composite structure gives it a much greater rigidity than the rest of tissues while providing surprisingly high fracture toughness and damage resistance. The mechanical complexity of the bone tissue, which is composed of cortical bone and trabecular bone, each with different mechanical behaviors, surpasses that of most materials used in engineering and for that reason its replacement by a functional material is practically impossible. The clinical difficulties that arise from the inability to restore, in a loss of mass, the functionality of the bone tissue through the substitution, added to the deterioration of the bone micro architecture or qualitative losses of tissue associated with certain pathologies, motivate the need to investigate the way to regenerate native tissue. The goal is to guide the formation of necessary and sufficient healthy bone to cover the defects, as well as to provide adequate support to accommodate the prostheses. In the last decades, tissue engineering has become an area of science that offers us an option for bone regeneration, instead of replacement, through the use of three-dimensional structures (3D) or enriched matrices that can provide an autologous system of repair and regeneration of bone to large volumes: bone bioreactors. Currently these systems have become a more considered option and consist in the coupling and organization of cells, scaffolds and physiological supplements that simulate the tissue environment. With the adequate combination of these factors it is possible to obtain the adequate cellular response towards the functional regeneration of tissue, a scaffold being the mechanical support structure of the whole system. Considering the above, the following specific objectives of the present work were set out with the general aim of creating a structure with potential application as a bone bioreactor: (1) to study the potential response of bone cell regeneration to the presence of synthetic hydroxyapatite nanorods (HA); a fundamental component of the scaffold to be prepared (2) to determine the properties and interactions of HA nanorods with a protein derived from the hydrolysis of collagen (gelatin); the organization of this system will be the structural basis of the scaffold (3) to construct and characterize a scaffold based on the components mentioned in the search for the development of a bone bioreactor. First, the viability, proliferation, adhesion and differentiation in osteogenic lineage of stem cells derived from human adipose tissue cultured in the presence of coatings of two types of hydroxyapatite nanorods were studied. These aspects were analyzed by quantification techniques of cellular metabolic activity, alkaline phosphatase activity, quantification of gene expression, determination of calcium phosphate deposits and observation of adhered cells. In the second instance, the hydrodynamic organization of our system was studied by analyzing the viscosity and density of solutions with different concentrations of gelatin and amounts of hydroxyapatite nanorods maintained at different temperatures. This section was supplemented with spectroscopy and optical microscopy studies. As a third step, a crosslinking agent was added to a selected solution, in order to obtain scaffolds from a freeze-drying process. These scaffolds were then structurally characterized using techniques such as scanning electron microscopy, high resolution transmission electron microscopy, X-ray diffraction, infrared spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and differential scanning calorimetry. On the other hand degradation and bioactivity studies were carried out in simulated physiological solutions. In the final part of our work, porosity, solvent storage and mechanical properties of constructed the scaffolds were studied. As a result of this study, scaffolds were obtained from a synthetic hydroxyapatite, similar to the bone apatite and capable of inducing cell proliferation and differentiation, combined with gelatin and a crosslinking agent. These structures presented mechanical properties comparable to those found in bone tissues and structural properties suitable for consideration as a bioreactor. In addition, studies of bioactivity and scaffold degradation also yielded promising results for application in bone tissue engineering.

El desarrollo científico y tecnológico de los últimos años se ha acompañado de un aumento de la esperanza de vida y un incremento, en consecuencia, de eventos asociados a desórdenes patológicos. En el tejido óseo, estas afecciones incluyen desde fracturas hasta osteoporosis, osteomielitis, osteosarcoma y osteoartritis. Esto ha acrecentado el número de implantes e injertos de hueso realizados en el ámbito de la ortopedia y odontología. Estas cirugías suponen un riesgo inherente de infección y de desarrollo de afecciones periimplantarias, con el consecuente aflojamiento del implante y necesidad de procedimientos de revisión. El desarrollo de microorganismos en la superficie de una prótesis genera un proceso infeccioso que cursa con inflamación de los tejidos blandos que rodean al implante, comprometiendo su futuro. Adicionalmente, en muchos casos son necesarias cirugías de revisión por aflojamiento aséptico, es decir, aflojamiento del implante debido a procesos no infecciosos. Este evento está asociado a la falta de integración del implante con el hueso (osteointegración), con impedimento de fijación de la prótesis al cuerpo. En virtud de lo mencionado, el objetivo de este trabajo fue el desarrollo de nuevas estrategias que permitan conjuntamente mejorar la integración hueso-implante y a la vez evitar la colonización bacteriana de las superficies implantables. Para la implementación de dichas estrategias se emplearon nanopartículas de hidroxiapatita (nano-HA), las cuales reúnen muchas características que la convierten en una alternativa ideal para su uso en el desarrollo de biomateriales destinados al tejido óseo: composición química similar a la fase mineral ósea, biocompatibilidad, biodegradabilidad y propiedades osteoinductivas. Para ello, se han abordado diferentes enfoques como el desarrollo de plataformas y/o formulaciones portadoras de fármacos (plataformas HAI/CIP, HAI/L-ARG/IBU y la formulación multifármaco LMm/nano-HAI), así como mecanismos alternativos para impedir la colonización de superficies implantables por parte de microrganismos sin la incorporación de principios activos (plataformas HAII/MoOx). Los sistemas desarrollados demostraron ser estrategias válidas y con potencial para su aplicabilidad como biomateriales para el recubrimiento de superficies implantables y/o relleno de pequeños defectos óseos. Las plataformas HAI/CIP, HAI/L-ARG/IBU y la formulación multifármaco LMm/nano-HAI propiciaron la liberación de los fármacos ibuprofeno y ciprofloxacina dentro de los rangos de concentración terapéuticos, con una cinética controlada dependiente del pH y en los tiempos adecuados en relación al proceso normal de curación de heridas. Además, la formulación multifármaco demostró estabilidad de almacenamiento en un marco temporal apropiado, actividad antibacteriana in vitro frente a Staphylococcus aureus y Pseudomona aeruginosa y biocompatibilidad in vitro en cultivos primarios de osteoblastos de calvaria de rata. Por otra parte, a partir del desarrollo de las plataformas HAII/MoOx hemos confirmado que las propiedades de fluorescencia autoactivadas pueden inducirse combinando óxidos de molibdeno (MoOx) con cristales de HA. Los defectos puntuales inducidos en nano-HAII actúan como aceptores de electrones, propiciándole propiedades redox al material que explicarían la actividad antibacteriana de las plataformas frente a las cepas bacterianas Staphylococcus aureus y Pseudomona aeruginosa. Se verificó la biocompatibilidad in vitro de estas plataformas por interacción de las mismas con cultivos primarios de osteoblastos de calvaria de rata. / The scientific and technological development of recent years has been accompanied by an increase in life expectancy and, consequently, an increase in events associated with pathological disorders. In bone tissue, these conditions range from fractures to osteoporosis, osteomyelitis, osteosarcoma and osteoarthritis. This has increased the number of implants and bone grafts performed in the field of orthopedics and dentistry. These surgeries pose an inherent risk of infection and the development of peri-implant conditions, with the consequent loosening of the implant and the need for revision procedures. The microorganism’s growth on the surface of a prosthesis generates an infectious process that causes inflammation of the soft tissues surrounding the implant, compromising its future. Additionally, in many cases revision surgeries are necessary due to aseptic loosening, that is, loosening of the implant due to non-infectious processes. This event is associated with the lack of integration of the implant with the bone (osseointegration), with a prosthesis fixation impediment to the body. By virtue of the above, the objective of this work was the development of new strategies that jointly allow to improve bone-implant integration and, at the same time, avoid bacterial colonization of implantable surfaces. For the implementation of these strategies, hydroxyapatite nanoparticles (nano-HA) were used, which have many characteristics that make them an ideal alternative to use in the development of biomaterials for bone tissue: chemical composition similar to the bone mineral phase, biocompatibility, biodegradability and osteoinductive properties. To this end, different approaches have been addressed, such as the development of drug- releasing platforms and/or formulations (HAI/CIP, HAI/L-ARG/IBU platforms, and the LMm/nano-HAI multidrug formulation), as well as alternative mechanisms to prevent the colonization of implantable surfaces by microorganisms without the incorporation of active ingredients (HAII/MoOx platforms). The developed systems proved to be valid strategies with potential for their applicability as biomaterials for the coating of implantable surfaces and/or filling of small bone defects. The HAI/CIP, HAI/L-ARG/IBU platforms and the LMm/nano-HAI multidrug formulation favored the release of ibuprofen and ciprofloxacin drugs within therapeutic concentration ranges, with controlled kinetics dependent on pH and time. in relation to the normal process of wound healing. In addition, the multidrug formulation demonstrated storage stability in an appropriate time frame, in vitro antibacterial activity against Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa, and in vitro biocompatibility with primary cultures of rat calvaria osteoblasts. On the other hand, from the development of HAII/MoOx platforms we have confirmed that self-activated fluorescence properties can be induced combining molybdenum oxides (MoOx) with HA crystals. The point defects induced in nano-HAII act as electron acceptors, providing redox properties to the material that would explain the antibacterial activity of the platforms against the bacterial strains Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa. The in vitro biocompatibility of these platforms was verified through their interaction with primary cultures of rat calvaria osteoblasts.

El hueso es un tejido mineralizado formado por una matriz compleja en sus diferentes niveles jerárquicos que van desde la macro a la nanoescala. La biomineralización ósea ocurre mediante un proceso que involucra la formación y el control morfológico de cristales inorgánicos de apatita biológica mediante sistemas autoensamblados de moléculas que actúan como nanoreactores; éstos ejercen un control exquisito sobre la nucleación, crecimiento y modelado de los minerales. El entendimiento de estos procesos biológicos ha servido como como fuente de inspiración para la obtención de biomateriales sintéticos. La hidroxiapatita (HA, Ca5(PO4)3(OH)) sintética, es un material comúnmente utilizado en ingeniería de biomateriales por sus propiedades fisicoquímicas y biológicas únicas, que le proporcionan una buena biocompatibilidad, excelente habilidad para formar enlaces químicos con el tejido óseo y apropiada osteoconductividad. Actualmente, uno de los desafíos de la ingeniería de tejido óseo consiste en el diseño de una matriz capaz de imitar las propiedades del hueso a modo de proporcionar un reemplazo temporal del tejido lesionado, y a su vez con una velocidad de biodegradación adecuada que permita la reparación y regeneración del tejido. Teniendo en cuenta las consideraciones mencionadas previamente, los objetivos planteados para este trabajo de investigación fueron (i) obtener HA nanocristalina a partir de la precipitación organizada de los cristales en sistemas autoagregados formados por el anfifilo CTAB y distintos polímeros como agentes directores de estructura y (ii) evaluar el potencial efecto reparador del tejido óseo de los materiales obtenidos. Se utilizaron plantillas CTAB/polímero diferentes para obtener cuatro materiales que presentaron una composición química análoga a la apatita biológica presente en el hueso, pero con características topográficas diversas influenciadas por las interacciones específicas entre los sistemas híbridos CTAB/polímero y las sales inorgánicas en solución. Para analizar el comportamiento de los materiales en un entorno biológico fueron inmersos en diferentes soluciones fisiológicas simuladas para probar sus propiedades de biodegradación, bioactividad y adsorción de albúmina. La biocompatibilidad in vitro de los mismos se comprobó utilizando osteoblastos y células madre mesenquimales (MSC). En estos ensayos se analizaron los siguientes aspectos: (i) viabilidad y diferenciación de osteoblastos; (ii) adhesión de MSC en cubiertas de HA y (iii) adhesión, integridad del citoesqueleto y genotoxicidad de MSC en cubiertas híbridas biomiméticas HA / colágeno tipo I. Finalmente, se estudió la influencia de las nanopartículas en la coagulación. Los resultados de este trabajo demostraron que es posible controlar las características fisicoquímicas y la rugosidad de los materiales utilizando diferentes sistemas como directores de estructura, las cuales tienen una gran influencia en las respuestas generadas en un entorno biológico simulado. Además, se ha logrado obtener con éxito un material de HA que induce respuestas favorables en los ensayos de bioactividad, biocompatibilidad in vitro y en la activación de la coagulación, todos ellos indicadores indirectos de su potencial efecto osteoinductor in vivo. La información generada resalta la influencia de las características superficiales de los biomateriales para determinar su potencial uso en regeneración de tejido y su futura aplicación como parte de andamios en ingeniería de tejido óseo. / Bone is a mineralized tissue composed by a complex matrix arranged in different hierarchical levels of organization going from macro- to nanoscales. Bone tissue biomineralization involves a control and formation of inorganic crystals of biological apatite by self-assembled systems of molecules that act as nano-reactors controlling nucleation and growth of minerals. Understanding from biological process has led to important advances in the manufacture of synthetic biomaterials. Synthetic hydroxyapatite (HA, Ca5(PO4)3(OH)), is a material commonly used in biomaterial engineering due to its unique physicochemical and biological properties such as good biocompatibility, excellent ability to form chemical bonds with bone tissue and appropriate osteoconductivity. Nowadays, one of the challenges of bone tissue engineering consists of designing a bioactive matrix capable of mimicking the natural properties of bone while providing a temporary replacement for the injured tissue with a suitable biodegradation rate, and thus sustaining tissue repair and regeneration. Therefore, the objectives for this thesis were (i) to obtain nanocrystalline HA using inorganic crystal precipitation in self-assembled systems of CTAB and polymers as structure directing agents and, (ii) to evaluate the potential bone tissue regenerative effect of HA nanomaterials. During the synthesis, templates of four CTAB / polymer systems were used in order to obtain materials with similar chemical composition of biological apatite, but with different topographies generated by each micelle/polymer system and inorganic minerals hybrid interaction. Firstly, materials were immersed in different simulated fluids to test their properties: biodegradation, bioactivity and albumin adsorption. The materials’ biocompatibility was tested in the presence of both, osteoblasts and mesenchymal stem cells (MSC). The following assays were performed: (i) immature osteoblasts’ viability and differentiation, (ii) MSCs’ adhesion onto nano-HA materials coatings, and (iii) MSCs’ adhesion, cytoskeletal integrity and genotoxicity onto HA/collagen type I coating. Finally, the influence in coagulation process by HA nanoparticles was studied. The results obtained in this research have showed that it is possible to control the physicochemical and roughness characteristics of the materials by using different structural systems directors, which have dissimilar responses in simulated biological environments. Additionally, we successfully synthesized a HA material that induce favorable responses in bioactivity, biocompatibility and coagulation in vitro assays; suggesting its in vivo osteoinductive potential. These results highlight the influence of material’s surface characteristics to determine their tissue regeneration potential to be applied for engineering osteogenic scaffolds.

Objetivos generales: a) Evaluar los efectos <i>in vivo</i>, <i>ex vivo</i> e <i>in vitro</i> de drogas antidiabéticas (metformina y/o rosiglitazona) sobre la diferenciación de CPMO y la microarquitectura ósea de ratas control. b) Investigar el efecto <i>in vivo</i> y <i>ex vivo</i> del tratamiento con metformina sobre el tejido óseo, en un modelo de ratas diabéticas. Objetivos específicos: a) 1. Estudiar el efecto directo <i>in vitro</i> de la metformina y/o la rosiglitazona sobre la diferenciación osteoblástica y adipogenética de CPMO en cultivo. 2. Investigar el efecto <i>ex vivo</i> de metformina, rosiglitazona o su combinación, sobre el potencial osteogénico de CPMO provenientes de ratas controles. 3. Investigar el efecto <i>in vivo</i> de la metformina y/o rosiglitazona sobre la microarquitectura de fémures de ratas controles. 4. Determinar los mecanismos de transducción de señales asociadas con el compromiso osteogénico y adipogénico de las CPMO. b) 1. Analizar las alteraciones óseas a nivel del fémur asociadas al modelo de diabetes con déficit parcial de insulina. 2. Investigar el efecto <i>ex vivo</i> de la metformina, sobre el potencial osteogénico de CPMO provenientes de ratas diabéticas tratadas o no con metformina. 3. Determinar los mecanismos de transducción de señales asociadas con la diferenciación de CPMO provenientes de ratas diabéticas, así como los efectos del tratamiento con metformina.

Introducción. El Síndrome Metabólico (SM) se define como un conjunto de anormalidades fisiológicas y metabólicas que incluyen obesidad central y global, tolerancia a la glucosa alterada con insulinorresistencia, dislipidemia e hipertensión. Desde su descripción en 1988, la incidencia del SM ha aumentado dramáticamente, y se ha reportado que se presenta en más del 20% de la población adulta en los países en desarrollo. La prevalencia del SM aumenta con la edad y se asocia con alto riesgo de Diabetes mellitus y sus consecuencias cardiovasculares más importantes. Desde hace un tiempo se ha reconocido que existe una asociación entre la Diabetes mellitus y alteraciones esqueléticas, lo cual podría llevar a un mayor riesgo de fracturas en esta condición. Sin embargo, se conoce menos sobre el efecto del SM (o de sus componentes individuales) en la salud ósea. Algunos factores, como la obesidad y el sobrepeso protegerían de la excesiva pérdida ósea asociada con la edad. Otros, como la hiperglucemia, la hiperinsulinemia, hipertrigliceridemia y bajos niveles de HDL, muestran resultados contradictorios en su asociación con la densidad mineral ósea. Existen estudios clínicos que intentan relacionar el SM con el estado de la densidad mineral ósea (DMO) y/o la predisposición a fracturas. Los resultados están lejos de ser concluyentes. En algunos trabajos se encuentran efectos nocivos del SM sobre ciertas regiones del esqueleto, mostrando DMO disminuida y/o mayor predisposición a fracturas, pero otros trabajos no llegan a las mismas conclusiones. Existe una gran cantidad de evidencia en modelos animales y estudios en humanos, demostrando que un alto consumo de fructosa en la dieta es un factor nutricional importante en el desarrollo del SM. En el modelo de ratas alimentadas con dieta rica en fructosa, los animales manifiestan las características más importantes del SM: se inducen hipertensión, hipertrigliceridemia, hiperinsulinemia, disminuida sensibilidad insulínica y tolerancia a la glucosa alterada. Los productos de glicación avanzada (AGEs) que se asocian con la hiperglucemia, son producidos por reacción no enzimática de azúcares reductores con proteínas o lípidos. Indirectamente, los AGEs desencadenan inflamación y estrés oxidativo, lo cual también podría contribuir tanto a la progresión del SM como de osteoporosis. En ratas alimentadas con fructosa se ha reportado un incremento de AGEs en varios tejidos, así como en los niveles de metiglioxal, un intermediario del metabolismo de la fructosa y potente precursor de AGEs. Esto se asocia a su vez con un incremento en la resistencia insulínica y los triglicéridos plasmáticos. En nuestro laboratorio se ha demostrado previamente que los AGEs ejercen efectos deletéreos directos sobre osteoblastos en cultivo, reduciendo su capacidad de proliferación, diferenciación y mineralización. La metformina es uno de los agentes más comúnmente usados en el tratamiento de estados patológicos asociados a insulinorresistencia como son la Diabetes mellitus tipo 2 y el SM. Esta droga es una biguanida que disminuye los niveles glucémicos sin afectar en forma directa la secreción de insulina. En nuestro grupo de trabajo se ha investigado el efecto de la metformina sobre osteoblastos en cultivo, encontrando que induce en forma directa un incremento en su proliferación, diferenciación y mineralización. Además, hemos demostrado que la administración oral de metformina induce efectos osteogénicos in vivo y ex vivo en animales de experimentación sin alteraciones metabólicas o en un modelo de diabetes con deficiencia parcial de insulina. // Hipótesis. La inducción de Síndrome Metabólico podría asociarse con alteraciones óseas, consecutivas a cambios en el recambio óseo y en el metabolismo de las células óseas o de sus progenitores, y consecuentemente, asociarse con un mayor riesgo de fracturas y/o disminuida capacidad de regeneración del tejido esquelético. Además, se postula que estas alteraciones óseas asociadas al Síndrome Metabólico, podrían ser prevenidas en forma parcial o total por la administración oral de metformina. // Objetivos. Se planteó el objetivo general de investigar la posible asociación entre el Síndrome Metabólico y las alteraciones del tejido óseo en ratas, paro lo cual se plantearon los siguientes objetivos específicos: a) investigar in vivo las posibles alteraciones óseas, consecutivas a la inducción de resistencia insulínica, dislipidemia e hipertensión, en un modelo de ratas alimentadas con una dieta rica en fructosa; b) investigar el efecto ex vivo del SM de este modelo sobre el potencial osteogénico o adipogénico de células estromales mesenquimáticas (MSC); c) investigar el efecto in vivo del SM inducido por fructosa, sobre la regeneración del tejido óseo; y d) evaluar la posible modulación de las alteraciones óseas consecutivas a un SM inducido por fructosa, mediante una administración oral de metformina. // Materiales y métodos. Los estudios se hicieron en ratas que recibieron solución de fructosa al 10% ad libitum (grupo DRF) para generar el SM. Como control (grupo C), se usaron ratas que recibieron agua corriente ad libitum. En los ensayos en los que se evaluaron los efectos de la metformina, esta se administró en el agua de bebida en una dosis de 100 mg/kg/día (grupos CM y DRFM). Se hicieron estudios de histomorfometría estática de la metáfisis femoral proximal y distal, estudios de histomorfometría dinámica de la metáfisis femoral distal, análisis por tomografía computada cuantitativa periférica, y se estudió la capacidad de regeneración de una lesión ósea parietal. Además, se evaluó el potencial osteogénico y adipogénico de las células estromales mesenquimáticas, y se midió la expresión de factores de transcripción de cada linaje. // Resultados. La dieta rica en fructosa indujo un SM caracterizado por alteraciones en el metabolismo de hidratos de carbono y lípidos. A través de estudios histomorfométricos estáticos se observó que el SM indujo una disminución significativa en la densidad de osteocitos y en la actividad TRAP de la metáfisis femoral. No se observaron cambios inducidos por el SM a través de estudios de histomorfometría dinámica y de pQCT. Las MSC derivadas de animales con SM presentaron un menor potencial osteogénico y una mayor predisposición hacia el linaje adipocítico, probablemente por modulación de la relación en la expresión de Runx2 y PPARg. El SM se asoció con una disminución de la reparación ósea en un modelo de lesión parietal mínima. Simultáneamente, redujo la densidad osteocítica y la actividad osteoclástica en el sitio de lesión, sugiriendo una disminución concertada de la formación y remodelado óseo. El tratamiento oral con metformina previno la disminución de la densidad osteocítica metafisaria inducida por el SM, sin alterar la actividad TRAP. La metformina previno total o parcialmente los efectos antiosteogénicos del SM sobre las MSC. // Conclusión. El Síndrome Metabólico se asocia con alteraciones leves en la microarquitectura metafisaria, con un menor potencial osteogénico en las células estromales mesenquimáticas y con una importante disminución en la regeneración ósea. El tratamiento oral con metformina fue capaz de prevenir total o parcialmente la mayoría de estas alteraciones óseas.

El documento digital no refiere un asesor / Evalúa el efecto del consumo de coca pulverizada en mujeres postmenopáusicas y se analiza la capacidad antioxidante de la coca pulverizada. Las pruebas se llevan a cabo en el Centro de Investigación de Bioquímica y Nutrición-UNMSM. Las participantes son mujeres postmenopáusicas voluntarias. Siendo un único tratamiento y autocontrolado, se seleccionan 25 voluntarias que cumplen los criterios de inclusión y exclusión. Terminan 21. Se les proporciona hoja de coca pulverizada para un consumo diario de 4 g en agua durante 90 días. Todas continúan con su dieta normal y estilo de vida. Se toman tres muestras de sangre por voluntaria, al inicio, antes del consumo del pulverizado, a los 45 días y a los 90 días. En las voluntarias, se mide cuatro marcadores de recambio óseo. En el micropulverizado, ABTS (Capacidad antioxidante equivalente al trolox), FRAP (Potencial antioxidante de reducción de hierro) y polifenoles. Se observa una reducción significativa del marcador de resorción ósea NTX1 (de 12,719 a 0,994 ng/mL; p<0,05). El marcador de formación ósea P1NP muestra una positiva diferencia de medianas. El extracto de coca exhibe capacidad antioxidante (TEAC-ABTS de 2,74 μmol/mL, FRAP de 73,60 mg AAE/g); el contenido de polifenoles es 3 089,34 mg AG/100 g. Estas características podrían contribuir con los beneficios potenciales en el metabolismo óseo. La complementación de la dieta por 90 días con coca indujo a cambios en indicadores de recambio óseo. / Tesis

[EN] ABSTRACT In this Doctoral Thesis, the author carried out the biological evaluation of new silicon-based hybrid (organic-inorganic) coatings, synthesized by sol-gel route, used as osseointegrator and osteoinductor coatings applied to titanium radicular prosthesis in the dental implantology field. The biological evaluation of the new coatings consisted of a complete study to determine the effect of the coatings in the osteoblastic cell line and the tissular effects after the in vivo implantation in rabbit tibia (foreign-body reaction response and osseointegration), by histological study. The biological characterization was complemented with a physicochemical characterization of the materials, determining their topography, wettability, surface reactivity, as well as their degradation rate and silicon delivery, to explain the biological behaviour that each material induced. The coatings that showed a better cell behaviour were selected as material candidates for the in vivo implantation phase. This part of the work consisted of two experimental phases: (1) Characterization Phase I, from which one formulation prototype was obtained, and (2) Characterization Phase II, where different chemical improvements of the prototype were evaluated and a final coating prototype was selected. The degradable coatings that were obtained released silicon compounds during their hydrolytic degradation, inducing the implant osseointegration by distance osteogenesis. The new coatings offer the possibility to functionalize the titanium surface and serve like delivery vehicle of biomolecules and drugs that could improve and accelerate the titanium osseointegration process. / [ES] RESUMEN En esta Tesis Doctoral se llevó a cabo la evaluación biológica de nuevos recubrimientos híbridos (orgánico-inorgánico), sintetizados vía sol-gel, basados en precursores de silicio, como recubrimientos osteointegradores y osteoinductores aplicados a prótesis radiculares de titanio en el ámbito de la implantología dental. La evaluación biológica de los nuevos recubrimientos constó de un estudio completo para determinar el efecto de los recubrimientos sobre cultivos celulares de linaje osteoblástico y el efecto de los tejidos tras la implantación in vivo en tibia de conejo (respuesta de reacción a cuerpo extraño y osteointegración), mediante estudio histológico. La caracterización biológica se complementó con una caracterización físico-química de los materiales, determinando su topografía, su mojabilidad, la reactividad de su superficie, así como su grado de degradación y la liberación de silicio, para explicar el comportamiento biológico que cada uno de los materiales indujo. Los recubrimientos que presentaron un mejor comportamiento celular fueron seleccionados como materiales candidatos para llevar a la fase de implantación in vivo. Este trabajo constó de dos fases experimentales; (1) la Fase de Caracterización I de la que se extrajo una formulación prototipo, sobre la cual se realizaron mejoras químicas evaluadas en la (2) Fase de Caracterización II, de la cual fue elegido el recubrimiento prototipo final. Se obtuvieron recubrimientos degradables en cuya degradación hidrolítica liberaron compuestos de silicio que indujeron la osteointegración de los implantes recubiertos mediante osteogénesis a distancia, sin interferir en el proceso de osteointegración del titanio. Los nuevos recubrimientos ofrecen la posibilidad de funcionalizar la superficie del titanio y servir de vehículo de liberación de biomoléculas y fármacos que puedan mejorar y acelerar el proceso de osteointegración del titanio. / [CAT] RESUM En aquesta Tesi Doctoral es va dur a terme l'avaluació biològica de nous recobriments híbrids (orgànic-inorgànic), sintetitzats via sol-gel, basats en precursors de silici, com recobriments osteointegradors i osteoinductors aplicats a pròtesis radiculars de titani en l'àmbit de la implantologia dental. L'avaluació biològica dels nous recobriments va constar d'un estudi complet per determinar l'efecte dels recobriments sobre cultius cel¿lulars de llinatge osteoblástic i l'efecte dels teixits després de la implantació in vivo en tèbia de conill (resposta de reacció a cos estrany i osteointegració), mitjançant estudi histològic. La caracterització biològica es va complementar amb una caracterització fisicoquímica dels materials, determinant la seva topografia, la seva mullabilitat, la reactivitat de la seva superfície, així com el seu grau de degradació i l'alliberament de silici, per explicar el comportament biològic que cada un dels materials va induir. Els recobriments que van presentar un millor comportament cel¿lular van ser seleccionats com materials candidats per portar a la fase d'implantació in vivo. Aquest treball va constar de dues fases experimentals; (1) la Fase de Caracterització I de la qual es va extreure una formulació prototip, sobre la qual es van realitzar millores químiques avaluades en la (2) Fase de Caracterització II, de la qual va ser elegit el recobriment prototip final. Es van obtenir recobriments degradables, en la seva degradació hidrolítica van alliberar compostos de silici que van induir l'osteointegració dels implants recoberts mitjançant osteogènesi a distància. Els nous recobriments ofereixen la possibilitat de funcionalitzar la superfície del titani i servir de vehicle d'alliberament de biomolècules i fàrmacs per poder millorar i accelerar el procés d'osteointegració del titani. / Lara Sáez, I. (2015). Evaluación biológica de nuevos recubrimientos osteoinductores sintetizados vía sol-gel para aplicación en implantología dental [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/51463 / TESIS