Diseño y caracterización de andamios óseos paciente específicos tipo TPMS

Abstract

[ES] Los defectos óseos de grandes dimensiones implican tratamientos no convencionales para su curación en los que se requiere el uso de estructuras auxiliares que mantengan la integridad estructural del hueso fracturado y favorezca la osteointegración. Dichos efectos aparecen tras fracturas producidas por causas variadas. Entre ellas encontramos la osteoporosis, enfermedad del hueso caracterizada por un desequilibrio en la remodelación ósea, donde la reabsorción supera a la formación de hueso. Esto resulta en una reducción de la masa ósea y un deterioro de la microarquitectura ósea, disminuyendo la resistencia mecánica del hueso y aumentando el riesgo de fracturas. Además de las fracturas por osteoporosis, los defectos óseos de gran tamaño pueden ser causados por traumatismos, resecciones tumorales o infecciones. Estos defectos son difíciles de reparar debido a que los mecanismos naturales de regeneración ósea no son suficientes. Existen estrategias terapéuticas para tratar este tipo de fracturas, como la fijación externa e interna, pero no siempre se adaptan a la microestructura del hueso, lo que puede dar lugar a consolidaciones defectuosas o falta de unión ósea. Por ello, los injertos óseos son la opción preferida para tratar defectos óseos de gran tamaño, aunque están asociados a riesgos de infección, fallos estructurales y falta de unión ósea. De este modo, dada la limitación que presentan los tratamientos actuales, la ingeniería de tejidos se centra en desarrollar sustitutos óseos porosos y sintéticos. Entre las diversas estructuras porosas, las estructuras triplemente periódicas de mínima superficie (TPMS) han demostrado favorecer la migración celular y mantener la integridad mecánica y estructural. Estas estructuras presentan una interconectividad de poros que facilita la regeneración ósea, la vascularización y la reabsorción del material. Además, las estructuras TPMS tienen una geometría con curvas suaves y curvatura media nula, lo que reduce la concentración de tensiones y distribuye uniformemente los esfuerzos mecánicos entre el hueso y el implante, favoreciendo el proceso de remodelación ósea.

[EN] Large bone defects involve unconventional treatments for their healing, requiring the use of auxiliary structures to maintain the structural integrity of the fractured bone and promote osseointegration. These defects arise from fractures caused by various factors. Among them, we find osteoporosis, a bone disease characterized by an imbalance in bone remodeling, where resorption exceeds bone formation. This results in a reduction of bone mass and deterioration of bone microarchitecture, decreasing the mechanical strength of the bone and increasing the risk of fractures. In addition to fractures from osteoporosis, large bone defects can be caused by trauma, tumor resections, or infections. These defects are difficult to repair because natural bone regeneration mechanisms are insufficient. There are therapeutic strategies to treat these types of fractures, such as external and internal fixation, but they do not always adapt to the bone's microstructure, which can lead to defective consolidations or lack of bone union. Therefore, bone grafts are the preferred option to treat large bone defects, although they are associated with risks of infection, structural failures, and lack of bone union. Thus, given the limitations of current treatments, tissue engineering focuses on developing porous and synthetic bone substitutes. Among the various porous structures, triply periodic minimal surface (TPMS) structures have shown to favor cell migration and maintain mechanical and structural integrity. These structures present an interconnected network of pores that facilitates bone regeneration, vascularization, and material resorption. Additionally, TPMS structures have a smooth-curved geometry with zero mean curvature, reducing stress concentration and evenly distributing mechanical loads between the bone and the implant, promoting the bone remodeling process.