Diseño de una tinta de biomaterial a base de alginato, gelatina y PPP con uso potencial en el tratamiento de úlceras crónicas para pacientes con pie diabético
La diabetes es uno de los problemas de salud más significativos debido a su alta prevalencia y los elevados costos de tratamiento, a pesar de los avances en su prevención. Los pacientes con diabetes mellitus tienen una alta probabilidad de desarrollar úlceras crónicas en el pie, lo que agrava su con...
- Autores:
-
Ceballos Vergara, Juan José
Jaimes Ramirez, Lida Margarita
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2024
- Institución:
- Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
- Repositorio:
- Repositorio UNAB
- Idioma:
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- OAI Identifier:
- oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/26586
- Acceso en línea:
- http://hdl.handle.net/20.500.12749/26586
- Palabra clave:
- Biomedical engineering
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Design of a biomaterial ink based on alginate, gelatin and PPP with potential use in the treatment of chronic ulcers for patients with diabetic foot |
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La diabetes es uno de los problemas de salud más significativos debido a su alta prevalencia y los elevados costos de tratamiento, a pesar de los avances en su prevención. Los pacientes con diabetes mellitus tienen una alta probabilidad de desarrollar úlceras crónicas en el pie, lo que agrava su condición. Los tratamientos actuales utilizan apósitos estandarizados que no consideran factores específicos de cada paciente, limitando su efectividad. En este contexto, los hidrogeles representan una alternativa terapéutica efectiva, ya que permiten la construcción de apósitos que reducen el dolor al hidratar el tejido dañado y detener temporalmente su avance. Además, estos apósitos absorben el exudado de las heridas, creando un recubrimiento que facilita la cicatrización. Cuando se fabrican con biomateriales como proteínas y factores de crecimiento, pueden generar una respuesta activa en el entorno fisiológico, promoviendo la cicatrización. Actualmente, la impresión 3D se utiliza para crear apósitos precisos que se adapten a la topografía de las úlceras. Para ello, en este trabajo de investigación se estableció el diseño de una tinta de biomaterial a base de alginato, gelatina y plasma pobre en plaquetas, que ofrezca biocompatibilidad, degradación controlada, y las propiedades mecánicas y bioactivas necesarias. Los resultados evidenciaron que la tinta de alginato (tinta control) de 5.5 %p/v de alginato presentó la mejor caída de filamento debido a su adecuada viscosidad, aunque la tinta final (colágeno + gelatina + plasma) presentó algunas irregularidades por la reticulación temprana de la gelatina. La variación de velocidades demostró que la velocidad de 7 mm/s es la mejor opción, ya que mostró un porcentaje de error de impresión menor al 5%. Se encontró que un tiempo de reticulación con calcio de 15 minutos es adecuado para obtener estructuras con mayor entrecruzamiento sin perder la forma, mientras que, en la degradación y cuantificación de proteínas, sólo se evidenciaron proteínas a las 24 horas, posiblemente debido a cambios en el reactivo de post reticulación. Las pruebas mecánicas indicaron que 5 minutos de post reticulación no son suficientes para la tinta final, ya que las muestras de tinta control mostraron una deformación más elástica en comparación con las de la tinta final, que tendieron a una deformación más plástica. Los mejores resultados de módulo de compresión se obtuvieron con 15 minutos de reticulación en ambas tintas, aunque el límite elástico fue mayor en muestras de tinta final reticuladas por 30 minutos, con un mayor porcentaje de deformación en los discos de tinta control. |
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Los pacientes con diabetes mellitus tienen una alta probabilidad de desarrollar úlceras crónicas en el pie, lo que agrava su condición. Los tratamientos actuales utilizan apósitos estandarizados que no consideran factores específicos de cada paciente, limitando su efectividad. En este contexto, los hidrogeles representan una alternativa terapéutica efectiva, ya que permiten la construcción de apósitos que reducen el dolor al hidratar el tejido dañado y detener temporalmente su avance. Además, estos apósitos absorben el exudado de las heridas, creando un recubrimiento que facilita la cicatrización. Cuando se fabrican con biomateriales como proteínas y factores de crecimiento, pueden generar una respuesta activa en el entorno fisiológico, promoviendo la cicatrización. Actualmente, la impresión 3D se utiliza para crear apósitos precisos que se adapten a la topografía de las úlceras. Para ello, en este trabajo de investigación se estableció el diseño de una tinta de biomaterial a base de alginato, gelatina y plasma pobre en plaquetas, que ofrezca biocompatibilidad, degradación controlada, y las propiedades mecánicas y bioactivas necesarias. Los resultados evidenciaron que la tinta de alginato (tinta control) de 5.5 %p/v de alginato presentó la mejor caída de filamento debido a su adecuada viscosidad, aunque la tinta final (colágeno + gelatina + plasma) presentó algunas irregularidades por la reticulación temprana de la gelatina. La variación de velocidades demostró que la velocidad de 7 mm/s es la mejor opción, ya que mostró un porcentaje de error de impresión menor al 5%. Se encontró que un tiempo de reticulación con calcio de 15 minutos es adecuado para obtener estructuras con mayor entrecruzamiento sin perder la forma, mientras que, en la degradación y cuantificación de proteínas, sólo se evidenciaron proteínas a las 24 horas, posiblemente debido a cambios en el reactivo de post reticulación. Las pruebas mecánicas indicaron que 5 minutos de post reticulación no son suficientes para la tinta final, ya que las muestras de tinta control mostraron una deformación más elástica en comparación con las de la tinta final, que tendieron a una deformación más plástica. Los mejores resultados de módulo de compresión se obtuvieron con 15 minutos de reticulación en ambas tintas, aunque el límite elástico fue mayor en muestras de tinta final reticuladas por 30 minutos, con un mayor porcentaje de deformación en los discos de tinta control.Agradecimientos ................................................................................................................................................... 2 Resumen ............................................................................................................................................................... 3 Abstract ................................................................................................................................................................. 5 Tabla de Contenido ............................................................................................................................................... 7 1. Problema U Oportunidad ........................................................................................................................ 10 Planteamiento Del Problema .............................................................................................................................. 10 Justificación ........................................................................................................................................................ 11 Pregunta Problema .............................................................................................................................................. 12 Objetivo General ................................................................................................................................................. 12 Objetivos Específicos ......................................................................................................................................... 12 2. Marco Teórico ........................................................................................................................................ 13 Diabetes Mellitus y Úlceras de Pie Diabético ..................................................................................................... 13 3. Estado Del Arte ....................................................................................................................................... 18 4. Metodología ............................................................................................................................................ 22 Concentraciones .................................................................................................................................................. 22 Preparación de las tintas ..................................................................................................................................... 23 Pruebas Preliminares .......................................................................................................................................... 23 Eliminación de Burbujas .................................................................................................................................... 25 Caída de Filamento ............................................................................................................................................. 25 Parámetros de Impresión .................................................................................................................................... 25 Variación de velocidades .................................................................................................................................... 26 Análisis de estadístico de las estructuras ............................................................................................................ 27 Reticulación ........................................................................................................................................................ 28 Degradación y cuantificación de proteínas ......................................................................................................... 29 Pruebas mecánicas .............................................................................................................................................. 30 5. Resultados ............................................................................................................................................... 31 Caída de filamento .............................................................................................................................................. 33 Parámetros de impresión - Variación de velocidades ......................................................................................... 35 Análisis estadístico de las estructuras ................................................................................................................. 36 Concentraciones .................................................................................................................................................. 38 Reticulación ........................................................................................................................................................ 38 Degradación y cuantificación de proteínas ......................................................................................................... 39 Pruebas mecánicas .............................................................................................................................................. 40 6. Análisis de resultados ............................................................................................................................. 44 7. Conclusiones y Recomendaciones .......................................................................................................... 49 8. Referencias ............................................................................................................................................. 51 9. Anexos .................................................................................................................................................... 56PregradoDiabetes is one of the most significant health problems due to its high prevalence and high treatment costs, despite advances in its prevention. Patients with diabetes mellitus have a high probability of developing chronic foot ulcers, which aggravates their condition. Current treatments use standardized dressings that do not consider patient-specific factors, limiting their effectiveness. In this context, hydrogels represent an effective therapeutic alternative, since they allow the construction of dressings that reduce pain by hydrating the damaged tissue and temporarily halting its progression. In addition, these dressings absorb wound exudate, creating a coating that facilitates healing. When manufactured with biomaterials such as proteins and growth factors, they can generate an active response in the physiological environment, promoting healing. Currently, 3D printing is being used to create precise dressings that adapt to the topography of ulcers. To this end, this research work established the design of a biomaterial ink based on alginate, gelatin and platelet-poor plasma, which offers biocompatibility, controlled degradation, and the necessary mechanical and bioactive properties. The results evidenced that the alginate ink (control ink) of 5.5 %p/v alginate presented the best filament drop due to its adequate viscosity, although the final ink (collagen + gelatin + plasma) presented some irregularities due to early cross-linking of the gelatin. The variation of speeds showed that the 7 mm/s speed is the best option, since it showed a printing error percentage of less than 5%. A calcium crosslinking time of 15 minutes was found to be adequate to obtain structures with higher crosslinking without losing shape, while, in protein degradation and quantification, proteins were only evident at 24 hours, possibly due to changes in the post-crosslinking reagent. Mechanical tests indicated that 5 min post crosslinking is not sufficient for the final ink, as the control ink samples showed more elastic deformation compared to those of the final ink, which tended to more plastic deformation. The best compression modulus results were obtained with 15 minutes of crosslinking in both inks, although the elastic limit was higher in final ink samples crosslinked for 30 minutes, with a higher percentage of deformation in the control ink discs.Modalidad Presencialapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombiahttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Diseño de una tinta de biomaterial a base de alginato, gelatina y PPP con uso potencial en el tratamiento de úlceras crónicas para pacientes con pie diabéticoDesign of a biomaterial ink based on alginate, gelatin and PPP with potential use in the treatment of chronic ulcers for patients with diabetic footIngeniero BiomédicoUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería Biomédicainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1finfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPBiomedical engineeringEngineeringBiological physicsBioengineeringMedical instruments and apparatusMedicineBiomedicalBiomaterial inkPlatelet-poor plasmaGelatinAlginateBioprintingBlood cellsDiabetesBiomedical materialsIngeniería biomédicaIngenieríaBiofísicaBioingenieríaMedicinaBiomédicaCélulas sanguíneasDiabetesMateriales biomédicosIngeniería clínicaTinta de biomaterialPlasma pobre en plaquetasGelatinaAlginatoBio impresiónAlavi, A., Sibbald, R. 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