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3. RESUMEN DEL PROYECTO
Alcohol Poli(vinlico) es un polmero multi-propsito que contiene un abundante grupo
hidrxilo en su superficie. En este documento, andamios de material compuesto combinados a partir
de materiales basados en nanofibras Polilcticas (PLA) recubiertas con una delgada capa de
alcohol Poli(vinlico) (PVA) sern fabricados usando tratamientos hidrotrmicos, adems, los efectos
de deposicin del PVA hidroflico en la adhesin celular y diferenciacin de osteoblastos MC3T3-E1
sern investigados por pruebas de compatibilidad celular in vitro. Tanto la morfologa estructural, los
enlaces qumicos interfases, como las propiedades trmicas y mecnicas del andamio sern
estudiados. Diferentes anlisis verificarn que la delgada capa de PVA ser exitosamente
depositada sobre la superficie de las fibras PLA fabricadas mediante la tcnica de electrohilado
(elesctrospinning). Los procesos hidrotermales inducirn una conformacin cristalina debido a la
mejorada movilidad del PLA. Los resultados de sus propiedades mecnicas mostrarn que dichas
propiedades del PLA pueden ser cambiadas de rgidas a dctiles con una sustancial mejora en su
resistencia a la tensin, esto debido a la maximizacin en la interaccin de enlaces de hidrgeno
1. PORTADA (DATOS GENERALES)
Ttulo: Sntesis de andamios de nanofibras de material compuesto biocompatible basadas en biopolmeros para aplicaciones de ingeniera de tejido seo.
Cdigo del proyecto:
Fecha de recepcin:
Facultad o unidad acadmica: Facultad de Ingeniera
Director o investigador principal: Ali Abdalla Abdal-hay, PhD, Promoteo-Senescyt
reas, Lneas y sublneas de investigacin:
Por favor revise el documento que se anexa, coloque el nombre del rea de conocimiento la lnea, la sub lnea y
la codificacin que le corresponde
rea de conocimiento: Ingeniera y Tecnologa Lnea de investigacin: Nanotecnologa
Sub lnea de investigacin: Nano-biomateriales
2. EQUIPO DE INVESTIGADORES
Nombre Afiliacin Cargo Tiempo de dedicacin al proyecto (horas/semana)
Ali Abdalla, PhD Universidad de Cuenca
Prometeo-SENESCYT
40
Santiago Andrade, MSc Universidad de Cuenca
Investigador Asistente
40
Pablo Vanegas, PhD Universidad de Cuenca
Subdecano de la Facultad de Ingeniera
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durante el tratamiento trmico y la presencia de PVA. Las propiedades de adhesin y proliferacin
de las clulas MC3T3-E1 en andamios de material compuesto sern mayores que en fibras no
revestidas. Basados en resultados experimentales, la fabricacin de mallas de PLA revestidas con
PVA pueden ser de particular inters en ingeniera de tejidos y regeneracin tisular sea.
Palabras clave: Acido Poli(lctico) (PLA); Alcohol Poli(vinlico); Electrospinning; Ingeniera de
tejidos; Nanofibras electrohiladas; Propiedades mecnicas.
4. IDENTIFICACIN DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIN
Durante los ltimos 10 aos la ingeniera de tejidos se ha desarrollado intensamente como
propuesta importante de aplicacin tcnica y clnica. El objetivo principal de trabajar en aplicaciones
en ingeniera de tejido seo se deriva de una potencial habilidad a desarrollar sustitutos para
almacenamiento, mantenimiento, o mejoramiento de las funciones de hueso enfermo o daado
cuando el cuerpo no es capaz de hacerlo por s mismo, debido a tumores seos o disfunciones
metablicas.
En principio, la forma ms deseable de reparar un tejido daado es el crecimiento natural de
hueso, sin embargo cuando volmenes extensos de tejido son removidos, nuevas tcnicas de
tratamiento de materiales nos permiten actualemente contar con superficies adaptivas implantables
de reemplazo que generan un ambiente propicio para el crecimiento y desarrollo tisular, que puedan
ser fabricados de acuerdo a las dimensiones y necesidad especfica del paciente, y cuyo desarrollo
se plantea de forma tal que conforme el nuevo tejido se forma en el rgano husped el biomaterial
tienda a degradarse en una tasa proporcional al crecimiento obtenido. Un andamio formado por un
biomaterial poroso sirve como una estructura de soporte donde las clulas se siembran, migran,
proliferan, diferencias y sintetizan una nueva matriz extracelular. Estamos planteando por tanto la
necesidad de generar implantes que sean biocompatibles, para que no provoquen un rechazo;
bioactivos, para que interactuen con la membrana celular asegurando una correcta adhesin y
permitan la comunicacin celular; y biodegradables, es decir que presenten la degradacin
progresiva del material conforme nuevo tejido crece. Mejorando las propiedades de la superficie del
material, tanto qumicamente como mecnicamente, se puede controlar y afectar positivamente la
adhesin y proliferacin celular.
Polmeros con controladas caracteristicas pueden ser usados como parte importante en
terapias de ingenieria de tejidos y administracin de frmacos. Polmeros sintticos pueden ser
preparados con estructuras qumicas adaptadas para optimizar las propiedades fisicas del
biomaterial y con un nivel de pureza bien definido. Existen varias clases qumicas establecidad de
polmeros sintticos biodegradables con alta biocompatibilidad que puede ser selecionados para
adaptarse a sus rangos de biodegradacin y resistencia mecnica. El cido Poli(lactico) y sus
copolmeros han sido investigados para un amplio rango de aplicaciones mucho ms que cualquier
otro polmero biodegradable, incluyendo aplicaciones biomdicas. Sin embargo, este polmero
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presenta una limitacin importante debido a su hidrofobicidad natural, lo cual no permite una
adecuada adhesin, comunicacin y crecimiento celular, y por tanto dificulta la formacin de nuevo
hueso. Distintos tratamientos han sido probados en este material para mejorar sus propiedades
fsico-qumicas. En este estudio se plantea el uso de un recubrimiento al biomaterial con el uso de
alcohol Poli(vinlico) que ofrece ser un polmero sinttico soluble de fcil preparacin y
biodegradable. De esta forma este estudio permitir generar nano-fibras entrelazadas en andamios
biocompatibles que puedan ser usados en tratamientos de reemplazo de tejido seo, para lo cual se
plantea un estudio completo desde su caracterizacin, pruebas fsicas y mecnicas, hasta
establecer su desempeo biolgico en cultivos de osteoblastos in vitro. Estas nuevas estructuras, o
andamios, actuarn entonces como una probada superficie de soporte para la siembra, proliferacin
y diferenciacin de clulas osteoblsticas, al mismo tiempo que permite la adhesin de molculas
bioactivas, factores de crecimiento y bio-partculas que estimulan el crecimiento de nuevo tejido
seo.
5. MARCO TERICO Y ESTADO DEL ARTE
Cada ao millones de pacientes, particularmente pacientes de edad avanzada, sufren cada
vez ms de defectos en sus huesos que van desde tumores, traumas, o enfermedades de hueso e
inevitablemente, en algunos de estos pacientes, incluso la muerte debido a la insuficiencia de
sustitutos de hueso [1, 2]. Dentro de la ltima dcada, el uso de polmeros biodegradables ha
atrado enorme inters en el campo biomdico como un sustatro efectivo para sustituir tejido seo.
El cido Poli(lctico), PLA, es uno de los polmeros biodegradables ms comnmente usados para
ingeniera de tejidos seo ya que este puede degradarse en cido lctico no txico, el cual es
naturalmente presente en el cuerpo humano y cuenta con aprobacin FDA [3, 4]. Sin embargo, una
de las mayores limitaciones en el uso de PLA para andamios es su carcter hidrofbico, resultando
en una adhesin, propagacin y crecimiento celular sub-ptimos sobre la superficie del material [3,
5], y adems, resultando en una permeabilidad hidrulica considerablemente baja a travs del
andamio. Por tanto, la naturaleza hidrofbica del PLA puede convertirse en un serio problema en un
bioambiente predominantemente hidroflico, como lo es el cuerpo humano. De esta forma, es
considerado como un material muy frgil, que lo transforma en un material no ptimo para mltiples
aplicaciones biomdicas [6-8].
Considerables esfuerzos han sido realizados para combatir las limitaciones antes
mencionadas de PLA. Algunas de estas mejoras fueron hechas mediante la mezcla o aleacin de
PLA con otros polmeros. La combinacin de dos polmeros es un esquema viable para generar
nuevos materiales de propiedades deseables. Variando el tipo de componentes orgnicos, tales
como xido de polietileno (PEO), xido de polipropileno (PPO), alcohol poli(vinlico) (PVA), 4,4-
diisocianato difenil metileno (MDI) o -caprolactona (PCL) [4, 9-14] que han sido combinados con
PLA se han mejorado sus propiedades fisioqumicas, biolgicas y mecnicas para aplicaciones
multi-deseables.
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Estudios previos slo han utilizado una solucin de pre-mezclado y mezclado en estado
fundido de PLA con compuestos orgnicos. Por ejemplo, Martin y Avrous han mezclado en estado
fundido cido poli(lctido) con almidn termoplstico (TPS). Observaciones con microscopio revelan
una inclusin no uniforme de PLA en la matriz TPS [15]. Pitarresi et al. produjeron andamios de
fibras, mediante la tcnica de electrohilado (electrospinning), empleando PHEA-g-PLA copolmero
como un material de inicio. Estos andamios no proveen significativas propiedades biocompatibles
[16]. Meneghello et al. [17] encontr que la simple mezcla de PLGA con PVA muestra un efecto
perjudicial en las propiedades mecnicas, con una prdida de 31% en el mdulo de Young y mas
del 60% en la resistencia a tensin comparado con membranas puras de PLGA. Elakkiya et al. [8]
sintetizaron PLA/PVA tambin con una solucin convencional de pre-mezclado, y finalmente la
tcnica de electrohilado fue establecida para fabricar un andamio de fibra. Es aceptable que PVA
tiene una mayor absorcin de agua y por lo tanto mayor rango de degradacin que el polmero PLA
[18]. Adems, mezclar ambas fases de PLA y PVA en la regin macromolecular es ya por s misma
una tarea difcil cuando el mtodo de solucin de pre-mezclado es usado debido a que PVA es ms
hidroflico que PLA. Subsecuentemente, el mezclado o aleacin convencional de materiales
basados en PLA con PVA provoca severas degradaciones en andamios fibrosos, lo cual puede
comprometer la resistencia y afectar la velocidad de biodegradacin antes que el proceso de
curacin ocurra completamente [8]. Entonces, la mezcla convencional de PLA con otros polmeros
resulta en un producto que carece de muchas funciones, incluyendo propiedades fsico-qumicas y
estabilidad mecnica debido a la no similitud de propiedades macromoleculares de algunos
componentes orgnicos. Los mtodos anteriores de copolimerizacin o modificacin de PLA
envuelven procesos tediosos, adems de contar con separacin de fases, carencia de ductilidad, o
una baja unin qumica interfasial entre los dos polmeros, por tanto el resultante material basado
en PLA aun requiere ser mejorado. Por lo tanto, mejoras continuas de los andamios existentes y
utilizacin de materiales prometedores hacen posible proporcionar plantillas eficientes para el
crecimiento y reparacin del tejido oseo.
La modificacin de la superficie de biomateriales se est convirtiendo en un mtodo cada vez
ms popular para mejorar la multi-funcionalidad de dispositivos y sus propiedades mecnicas [19].
Por lo tanto, modificaciones fsico-qumicas de la membrana PLA luego de un proceso de
electrohilado permite reproducir una membrana con propiedades mejoradas y adecuada
funcionalidad para promover adhesin y proliferacin celular para aplicaciones de defectos seos.
De todas formas, en algunos casos modificaciones a la superficie pueden consumir considerable
tiempo, y por lo tanto generar procesos costosos comparados con el convencional y bien
establecido procesamiento directo de polmeros mientras se mantiene su funcionalidad sin efecto
negativo alguno entre ellos. Es necesario establecer que bajo condiciones estndares de
procesamiento, PLA puede permanecer principalmente amorfo debido a su lenta cintica de
cristalizacin [15]. Ribero y co-autores han reportado que fibras poli(L-lctidas) electrohiladas son
amorfas pero contienen numerosos ncleos cristalinos que rpidamente pueden crecer cuando la
muestra es calentada sobre los 140C [20]. En esta direccin, se espera que el grado de
cristalinidad de las fibras puedan ser adaptadas para tratamiento trmico. En este sentido, nuevos
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sustratos compuestos de nanofibras PLA electrohiladas como malla y luego cubiertas con PVA sean
dotados con xito de un enfoque hidrotermal simple y eficaz, con caractersticas superficiales
significativas.
En el presente estudio, se seleccionar alcohol poli(vinlico) debido a que es un polmero
sinttico soluble en agua de fcil preparacin, biodegradable, y cuenta con excelentes propiedades
fsicas y mecnicas siendo ampliamente utilizado para aplicaciones biomdicas [18, 21]. PVA puede
interactuar con PLA debido a la formacin de fuertes uniones de hidrgeno con tomos de oxgeno
del grupo ster para mejorar la estabilidad estructural y mecnica [5]. Adems, esto incrementa
significativamente las propiedades mecnicas de algunos componentes orgnicos comparados con
su estado puro. En general, PVA cuenta con un alto contenido de agua y elasticidad similar al tejido.
Por lo tanto, los abundantes grupos hidroxilo en PVA pueden ser fcilmente modificados para
adherir factores de crecimiento, protenas de adhesin, u otras molculas de importancia biolgica
[17].
La formacin de una capa delgada de PVA en nanofibras PLA y la formacin de fibras
interconectadas podran proporcionar nuevas ideas en la fabricacin de andamios para
regeneracin de tejido seo con un durable alto rendimiento. Una mejora en la estructura cristalina
del PLA recubierto con PVA puede ser establecida durante tratamiento hidrotrmico incrementando
la temperatura de reaccin. De acuerdo al presente estudio, el proceso hidrotrmico inducir una
conformacin cristalina debido a la mejora en su cadena de movilidad con un significante
incremento en la ductilidad del PLA. Subsecuentemente, maximizando enlaces de hidrgenos entre
el PLA como sustrato y una delgada capa depositada de PVA que proveer propiedades mecnicas
superiores con una mayor elongacin comparada con un PLA simple. Adems, debido al
tratamiento hidrotrmico, la deposicin in situ de PVA sobre la malla de nanofibras de PLA permite
la sntesis de mallas de un material compuestos por PVA-PLA con especial morfologa. Hasta
ahora, ningn andamio para regeneracin de tejido seo usando electrohilado de fibras polimricas
de PLA con PVA ha sido reportado.
6. HIPTESIS O PREGUNTAS DE INVESTIGACIN
Establecemos como hiptesis cientfica que mediante la fabricacin de mallas biodegradables de
nanofibras de Polilcticas (PLA) y recubiertas con alcohol Polivinlico (PVA) se obtendrn andamios
con incrementada hidrofilicidad y mejoradas propiedades mecnicas, que permitirn una mejor
deposicin y proliferacin de clulas osteoblsticas sobre su superficie, y por tanto, una
incrementada valoracin biololgica a travs de la formacin de calcificaciones en comparacin a
estructuras de nanofibras PLA simples.
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7. OBJETIVOS GENERAL Y ESPECFICOS
Objetivo General:
Fabricar, caracterizar y probar biolgicamente andamios de material compuesto basados en nanofibras Polilcticas (PLA) recubiertas con una delgada capa de alcohol Poli(vinilo) (PVA) para aplicaciones de ingeniera de tejido seo.
Objetivos Especficos:
Investigar y estudiar el comportamiento de materiales combinados a partir de nanofibras PLA-PV mediante tratamientos hidrotrmicos.
Estudiar la morfologa estructural, los enlaces e interfases qumicas, y las propiedades trmicas y mecnicas de los andamios.
Establecer una valoracin biolgica sobre los efectos de la deposicin del PVA hidroflico sobre la adhesin celular y proliferacin de osteoblastos MC3T3-E1.
8. RESULTADOS ESPERADOS DEL PROYECTO
Los resultados obtenidos de este proyecto y su metodologa pueden ser utilizados para el desarrollo
de andamios de nanofibras basados en biopolmeros u otros andamios anlogos. Por otra parte, el
correcto desempeo de este proyecto tendr como resutado directo la instalacin y equipamiento
de un nuevo laboratorio para la investigacin de nano-biomateriales, y por tanto, de la generacin
inherente de una actividad mutidisciplinaria en la cual se espera que la comunidad cientfica y
acadmica de la Universidad de Cuenca tenga plena inmersin. Se espera que la transferencia de
nuevos conocimientos generados, mediante las tecnologas utilizadas para la sntesis y tratamiento
de nanofibras basadas en polmeros, ser tanto a travs de la publicacin cientfica de los
resultados, como mediante la consolidacin de un grupo de investigacin conformado por
investigadores y alumnos de la Universidad de Cuenca. Finalmente, de manera puntual para este
proyecto, tcnicamente, se espera demostrar que mediante el desarrollo de nano-biomateriales, en
ese caso particular PLA, se pueden cambiar notablemente sus propiedades mecnicas de rgidas a
dctiles con una mejora en su resistencia a la tensin, esto es esperado debido a la maximizacin
de su interaccin de enlaces de hidrgeno durante el tratamiento trmico y la presencia de PVA.
Entonces, en su valoracin biolgica se espera que las propiedades de adhesin y proliferacin de
las clulas MC3T3-E1 en andamios de material compuesto sern mayores que en fibras no
revestidas. Consideramos por tanto que mallas de PLA revestidas con PVA pueden ser de particular
inters en ingeniera de tejido seo para medicina regenerativa.
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9. PLAN DE TRABAJO
Este proyecto propone como objetivo principal la sntesis de andamios de material compuesto
basados en biopolmeros para ser utilizados en aplicaciones para ingeniera de tejido seo. Por
tanto, el desarrollo de este material ha sido dividido en tres fases fundamentales de desarrollo:
preparacin de las muestras, caracterizacin mecnica y valoracin biolgica; y una ms que
incluye el anlisis de los datos, reporte y publicacin de los mismo. Este proyecto propone por tanto
asegurar una fiabilidad mecnica y biolgica de compuestos bio-diseados en laboratorio. Es
necesario clarificar que an no se han planteado pruebas del material in vivo, es decir en modelos
animales, sin embargo esta sera sin duda alguna la siguiente etapa de prueba de estos
biomateriales, una vez el desarrollo de las etapas plateadas se complete satisfactoriamente. A
continuacin se presenta un descriptivo detallado de las actividades que incluyen este proyecto:
1. Preparacin de las muestras:
1.1 Electrohilado de nanofibras PLA: mediante la tcnica de electrohilado (electrospinning) se espera fabricar estructuras de nano-fibra interconectadas en forma de malla utilizando como material base un polmero biodegradable, cido Polilctico (PLA). Para ello, es necesaria la disolucin del PLA en un sistema solvente adecuado para poder usarlo en el equipo de electrohilado. Una vez establecidos los parmetros del equipo se procede a la fabricacin de una estructura en forma de malla compuesta de nanofibras, cuya distribucin, dimetro de fibras y espesor se analizarn ms adelante.
1.2 Inmersin de las malla electrohiladas en solucin de alcohol Polivinlico (PVA): con el fin de generar un material compuesto, se utiliza PVA para producir una delgada capa de recubrimiento sobre las fibras PLA fabricadas. La deposicin in situ se realiza luego de un tratamiento hidrotrmico de las nanofibras. En nuestro estudio se espera que el resultados de este recubrimiento mejore sustancialmente las propiedades mecnicas y biolgicas del PLA.
1.3 Caracterizacin de proceso de recubrimiento: con el fin de obtener resultados fsicos y mecnicos ptimos del material, varios parmetros deben ser modificados con el fin de obtener una grfica de comportamiento del material con respecto a su temperatura de procesamiento y tiempo de reaccin. Su verificacin corresponder a la descripcin 1.4, misma que, una vez completada, volver a repetirse desde la descripcin 1.2, con el fin de obtener un ciclo de trabajo que nos permita encontrar en un universo muestra los parmetros ptimos para nuestra sntesis.
1.4 Caracterizacin de muestras: este paso es crucial al momento de establecer una grfica descriptiva de parmetros para la sntesis del material. Se emplearn las diferentes tcnicas:
1.4.1 FESEM: la microscopa electrnica de barrido de emisin de campo nos permite contar con imgenes magnificadas de la morfologa del material.
1.4.2 TEM: la microscopa de transmisin de electrones nos permite observar la transmisin de luz del material, tomando una nica nanofibra como muestra. Esta tcnica es complementaria al FESEM y obligatoria para publicaciones cientficas.
1.4.3 Medicin de dimetro de fibras: utilizando la herramienta computacional ImageJ se puede medir el dimetro de las fibras antes y despus de recubrimiento a partir de las imgenes FESEM obtenidas.
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1.4.4 XDR: la cristalografa de rayos X nos permite determinar la composicin de las muestras e identificar, en caso que existan, elementos contaminantes. Los espectros de difraccin obtenidos nos permiten por tanto determinar con cierta precisin el grado de pureza de nuestro mtodo.
1.4.5 FT-IR: la transformada de Fourier en espectrometra de infrarrojos es usada para caracterizar la presencia de todos los grupos qumicos en el material.
1.4.6 TGA: el anlisis termo gravimtrico mide el cambio del peso en un material en funcin al tiempo y temperatura bajo una atmsfera altamente controlada. Su uso es esencial para entender la estabilidad trmica del material.
1.4.7 DSC: la calorimetra de barrido diferencial mide temperaturas asociadas a la transicin trmica del material, nos permite por tanto obtener temperaturas en cambio de fase, cristalizacin, fusin, estabilidad oxidativa, etc.
1.5 Identificacin estructural de la fase: es fundamental realizar un anlisis de las muestras finales obtenidas en los descriptivos 1.2, 1.3 y 1.4. Se genera por tanto un comparativo entre muestras de nanofibras PLA contra las muestras compuestas optimizadas de PLA-PVA.
1.6 Optimizacin de muestras: tabulacin comparativa de comportamiento trmico del materiales entre muestras de nanofibras PLA contra las muestras compuestas optimizadas de PLA-PVA.
1.7 Evaluacin de hidrofobicidad: mediante la medicin del ngulo de contacto al agua se establece la humectabilidad del material, es decir, el grado de afinidad que tiene el agua al contacto con la superficie del material. Se espera comparar muestras de nanofibras PLA contra las muestras compuestas optimizadas de PLA-PVA.
2. Caracterizacin mecnica de los andamios: 2.1 Estudio de comportamiento mecnico del material: es necesario realizar pruebas mecnicas para obtener las curvas de comportamiento esfuerzo-deformacin, mdulo de elasticidad, lmite elstico. Se espera comparar muestras de nanofibras PLA contra las muestras compuestas optimizadas de PLA-PVA 2.2 Evaluacin del espesor de las mallas polimricas: mediante el uso de un instrumento de medicin ultrasnica del espesor del recubrimiento del material se pueden establecer los valores numricos precisos de las mallas fabricadas y optimizadas.
3. Pruebas de Citocompatibilidad 3.1 Evaluacin de adhesin y crecimiento celular: parte fundamental de este proyecto se trata de la correcta evaluacin biolgica de las muestras. Se utiliza para ello un medio de cultivo celular esttico y una lnea celular controlada preosteoblstica murina MC3T3-E1. La preparacin del cultivo, deposicin de clulas sobre la superficie del material y su correspondiente cultivo se realizar conforme protocolos establecidos en literatura. 3.2 Observacin de morfologa celular: mediante imgenes obtenidas utilizando SEM (microscopa electrnica de barrido) se pueden obtener micro-grficas de la organizacin y morfologa celular, as como su grado de adhesin y distribucin espacial sobre la superficie del material. 3.3 Cuantificacin de viabilidad celular: para corroborar la viabilidad de diferenciacin celular, replicacin y eventual crecimiento de tejido, la cuantificacin celular es vital y nos brinda valores cuantificables que pueden ser comparables entre cultivos en muestras de nanofibras PLA contra cultivos en muestras compuestas optimizadas de PLA-PVA. El mtodo de cuantificacin a utilizarse es el de colorimetra MTT y posterior deteccin de
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pigmentacin mediante ELISA.
4. Redaccin y anlisis de resultados: inicia durante la fase experimental del proyecto y posterior a ella, a lo largo de esta etapa los datos son analizados, tabulados, graficados y discriminados. Se incluye adems dentro de esta etapa el escrito, redaccin, correccin y envo a publicacin de los resultados obtenidos del desarrollo de este proyecto.
10. PRESUPUESTO Y PROGRAMACIN FINANCIERA
Considerablemente la mayor inversin de los recursos solicitados para este proyecto ser destinada
para la compra de equipos, materiales y suministros de laboratorio. Es necesario tomar en cuenta
que al momento de envo de este documento se requiere establecer un laboratorio de Biomateriales
en la Universidad de Cuenca, para lo cual es necesaria la compra e instalacin desde cero de
equipos y materiales de laboratorio. Una lista de los equipos requeridos y que sern parte de la
inversin de este proyecto se encuentra a continuacin:
1. Mquinas de electrohilado (electrospinning) 2. Medidor de viscosidad (Brookfield, DV-III Rheometro ultra programable) 3. Un horno para calcinacin de nanoparticulas. Temperaturas superiores a 1100C son
requeridas. 4. Hornos de vaco hasta 250C 5. Dispositivo de autoclave (Sistema hidrotrmico) 6. Sistema de agitacin (banco soportado para un sistema de calentamiento con control de
temperatura y agitador magntico) 7. Equipamiento de qumica 8. Sistema de bao ultrasnico para distribucin de nanopartculas 9. Medidor de pH 10. Medidor de ngulo de contacto (Ej. GBX, Digidrop, France) 11. Medidor de dureza de surface (Ej. profilmetro Mitutoyo surf test SV-402, Japan) 12. Espectrmetro FTIR (Ej. Bruker, Germany) 13. Medidores para grosor de capaz y medidor de espesor de revestimiento OM179-745,
OMEGA instruments. 14. Sistema de filtracin para nanopartculas 15. Medidor de conductividad elctrica (CM 40G Ver. 1.09 DKK; TOA, Japan)
Se considera que no todos los equipos requeridos para el desarrollo de este proyecto podrn ser
adquiridos directamente mediante el patrocinio de la Universidad de Cuenca, por lo cual se
considera su adquisicin como poco probable y sumisa a la obtencin de patrocinios externos.
Entonces, consideramos, con el fin de brindar autonoma y asegurar el cumplimiento del proyecto,
adjudicar una parte del presupuesto al uso de servicios profesionales externos, los mismos que
incluyen la renta y uso de equipos especializados, como por ejemplo SEM, FESEM, TEM, XDR,
DSC, Mquina Universal, TGA, BioLab; en laboratorios equipados de instituciones pblicas dentro
del pas. Para ello, los precios de renta ofertados a la Universidad de Cuenca sern los mnimos
comercialmente establecidos por estos laboratorios, dado que la Universidad es tambin una
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institucin pblica.
11. BENEFICIARIOS
El beneficiario inherente de este proyecto es la sociedad ecuatoriana como fin ltimo,
especficamente el rea de desarrollo de tecnologas para beneficio de la salud pblica y la
medicina regenerativa y de tejido del pas. La naturaleza multidisciplinaria de este estudio considera
un beneficio e impacto directo en la actividad cientfica en nanotecnologa y bioingeniera que la
Facultad de Ingeniera de la Universidad de Cuenca genera actualmente. Un beneficio indirecto
tangible ser la instalacin y puesta en marcha de un Laboratorio de Nano-biomateriales, donde las
actividades experimentales se desarrollarn. Por tanto, la comunidad cientfica local, profesores
relacionados y alumnos interesados en investigacin en bioingeniera se beneficiarn
indirectamente de este y futuros proyectos que en su interior se realicen. Adems, la publicacin de
documentos generados a partir del trabajo dentro del nuevo laboratorio permitir a la Universidad de
Cuenca posiciona su marca cientfica en la investigacin biomdica y de nanotecnologas.
Finalmente, el ltimo beneficiario es el proyecto en s mismo, debido a que la etapa en la que se
encuentra permite an un amplio espectro de desarrollo, se espera en un futuro del nuevo
laboratorio anexar a ms profesionales calificados que permitan extender el desarrollo de la
investigacin que se realiza.
12. IMPACTOS
Este proyecto en especfico permite iniciar una lnea de investigacin sobre la cual dos grandes
reas de conocimiento como la nanotecnologa y la bioingeniera se integran en la investigacin de
nano-biomateriales con el fin especfico de desarrollar productos que puedan ser transferibles y
aplicables dentro de sus etapas finales en un futuro a ingeniera de tejido seo y medicina sea
regenerativa. Es importante sealar que la investigacin que se realiza actualmente sobre este
tema dentro de la Universidad de Cuenca y a nivel pas es notablemente limitada o sub-explotada.
La inversin en este proyecto promete el equipamiento de un laboratorio capaz de desarrollar
productos similares enfocados en ingeniera de tejidos, medicina regenerativa, materiales para
microbiologa, etc. Por tanto, el impacto indirecto inherente es importante para el aprovechamiento
de la capacidad cientfica del Investigador Prometeo-SENESCYT que liderar este laboratorio y de
del entrenamiento de su equipo de investigacin. La siembra en este proyecto permir a corto plazo
la investigacin y desarrollo de aplicaciones en el rea, a mediano plazo la transferencia de
tecnologa dentro de la comunidad Universitaria y cientfica, y finalmente, abre las puertas para
generar en un futuro PYMEs de base tecnolgica en el pas a partir de los productos que el
laboratorio desarrolle a travs de su investigacin y patentes.
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13. PRINCIPIOS TICOS
En esta etapa de investigacin no hemos encontrado necesario involucrar elementos que
desarrollen un cuestionamiento tico al desarrollo del biomaterial. De hecho, este proyecto tal como
se plantea, no involucra, para sus pruebas de valoracin biolgicas en cultuvos celular, el uso ni de
clulas madre ni modelos animales. En cambio, hemos preferido recurir a la compra directa por
paquete de una lnea celular preostoblstica murina MC3T3-E1 (Sigma-Aldrich, St. Louis, EE.UU.)
misma que es utilizada ampliamente en literatura. Nuestro estudio, por el momento, incluye la
sntesis y caracterizacin del material, sus pruebas fsicas y mecnicas, y nicamente pruebas
biolgicas in vitro en un medio esttico. Finalmente, este proyecto pretende fortalecer la
investigacin en el campo de la bioingeniera con el fin de beneficiar el bien comn a nivel de la
generacin de conocimientos y del desarrollo de aplicaciones en salud.
14. CAPACIDAD DEL EQUIPO DE INVESTIGACIN Y/O DEL CONSORCIO DE INVESTIGACIN.
Investigador Principal: Ali Abdalla , PhD.
Tiene experiencia en la sntesis y caracterizacin de la nuevos polmeros orgnicos y/o
biomateriales nano-compuestos para aplicaciones biomdicas. Recientemente, ha desarrollado un
nuevo mtodo para la preparacin de nanofibras polimricas en andamios para ingeniera de
tejidos. l ha desarrollado y modificado propiedades de biocompatibilidad y mojabilidad en
superficies basadas en polmeros de amida por va electrospinning, y subsecuentemente. Adems,
Ali ha establecido que mediante una capa de recubrimiento muy delgada sobre las nanofibras
electrohiladas de bio-polmeros hidrfobos se pueden mejorar las propiedades mecnicas y de
superficie del material, as como sus funciones biolgicas, tales como la adhesion y viabilidad
celular, asi como su biodegradabilidad. Al cuenta tiene una licenciatura en Ingeniera en
Manufactura y Diseo (2007) en South Valley University, Egipto; una maestra en Ingeniera del
Material y Diseo (2009) en South Valley University, Egipto, y un doctorado en Ciencias de
Materiales e Ingeniera (2012) en la Universidad National Chonbuk, Corea del Sur.
Investigador Asistente: Santiago Andrade , MSc.
Tiene experiencia en la caracterizacin y fabricacin de andamios bioactivos cermicos 3D para
aplicaciones en ingeniera de tejidos. Mediante el diseo de andamios flexibles de bet-tricalcio-
fosfato, porosas e interconectadas en cultivo dinmico en un bioreactor ha sido capaz de estmulas
mecno-biolgicamente la diferenciacin celular, la proliferacin y la formacin de tejido seo para
aplicciones de ingeniera de tejidos y medicina regenerativa. Santiago tiene una licenciatura en
Ingeniera Biomdica (2010) del Instituto Tecnolgico y de Estudios Superiores de Monterrey,
Mxico, y una maestra en Ingeniera Biomdica con mencin en Biomateriales e Ingeniera de
Tejidos (2013) de cole Nationale Suprieure d'Arts et Mtiers-ParisTech, Francia.
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15. ALIANZAS ESTRATGICAS CON ENTIDADES REGIONALES O INTERNACIONALES.
16. BIBLIOGRAFA Y OTRA PRODUCCIN CIENTFICA CITADA. Ajstese estrictamente a los lineamientos dados en el instructivo. Use el espacio que requiera.
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Actualizado a: Cuenca, 25 de Junio de 2014, por: Santiago Andrade
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