Tesis
Synthesis of a nanocomposite biomaterial for implant tissue engineering
Fecha
2015-11-18Autor
Santos Montes, Angélica
Institución
Resumen
In order to improve health and quality of life, the challenge to develop new biomaterials has become extremely relevant. In this project, our main objective is to obtain a nanocomposite biopolymer that serves as a temporal synthetic extracellular matrix for cell growth and tissue regeneration. This matrix consists of a hydrogel lm of chitosan or agarose doped with di erent ceramic nanoparticles: titanium dioxide (TiO2) and aluminum oxide (Al2O3). Once developed, this composite will be tested with human bone cells in order to prove the new materials biocompatibility. The cells will be stimulated to form mineralized tissue for bone regeneration.
We observe that the principal mineralized tissues of the body: bone and dental, are already natural nanostructured composite materials. Hence, our main objective is to stimulate the adhesion of cells to the material, which through their own metabolic activity, will then generate their own matrix proteins in order to obtain the desired mineral tissue. To achieve this, the present work will rst test diverse types of alumina and titania nanoparticles attached to a agarose polymer matrix in the form of a hydrogel lm and then study the development, di erentiation and proliferation process of human bone cells seeded into the polymer matrix.
Due to the nature of this project, the experimental procedure is divided into three main parts: Synthesis and characterization of nanoparticles. Hydrogel lms preparation. Cell culture and biological characterization.
Alumina and titania nanoparticles synthetized with sol gel method, were evaluated with SEM, XRD and FTIR spectroscopy in order to study their morphology, crystalline properties and their principal bonds. The synthesized composites show how increasing cell adhesion of osteoblasts. Our composites also have no adverse e ect on the cellular response is why they are biocompatible. Resumen
Con el fin de mejorar la salud y calidad de vida, el reto de desarrollar nuevos
biomateriales se ha vuelto extremadamente relevante. En este proyecto, nuestro objetivo principal fue obtener un biopolímero nanocompuesto que sirva como matriz extracelular sintética temporal para el crecimiento celular y la regeneración de tejido óseo. Esta matriz consiste en una película de hidrogel de agarosa dopado con diferentes nanopartículas de cerámica: dióxido de titanio (TiO2) y óxido de aluminio (Al2O3). Una vez desarrollado, este nanocompuesto se probaron en células seas humanas con el fin de determinar la biocompatibilidad de los hidrogeles compuestos. Las células se estimularon para formar tejido mineralizado para la regeneración ósea.
Observamos que los principales tejidos mineralizados del cuerpo: huesos y dentales, ya son materiales compuestos nanoestructurados naturales. Por lo tanto, nuestro objetivo principal es el de estimular la adhesión de las células al material, que a través de su propia actividad metabólica, generarán sus propias proteínas de la matriz con el fin de obtener el tejido mineral deseado. Para lograr esto, en el presente trabajo se probaron primero diversos tipos de nanopartículas de alúmina y dióxido de titanio unidas a una matriz polimérica de agarosa en forma de una película de hidrogel y, a continuación se estudiaron los procesos de desarrollo, la diferenciación y la proliferación de las células óseas humanas sembradas en la matriz polimérica.
Debido a la naturaleza de este proyecto, el procedimiento experimental se divide en
tres partes principales: i) la síntesis y caracterización de las nanopartículas, ii) Películas de hidrogel de preparación, iii) El cultivo de células y caracterización biológica.
Las nanopartículas de aúmina y titania fueron sintetizadas por elmétodo sol-gel. Estas se evaluaron con microscopia electrónica de barrido, difracción de rayos X y espectroscopia infrarroja para estudiar y determinar su morfología, propiedades cristalinas y sus principales enlaces moleculares.
Los compuestos sintetizados muestran buena adhesión celular de los osteoblastos a la
matriz compuesta del hidrogel. Nuestros compuestos no mostraron ningún efecto adverso sobre la respuesta celular es por eso que sí son biocompatibles.