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Direccin de Investigacin FORMULARIO PARA LA PRESENTACIN DE PROYECTOS

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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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