Estudio de una nueva técnica para la creación de estructuras tridimensionales biomiméticas con la capacidad de producir regeneración celular

Abstract

Las técnicas odontológicas actuales encaminadas a la regeneración o sustitución de piezas dentales se basan, en muchos casos, en la realización de implantes dentales mediante una o varias cirugías que permiten llevar a cabo la fijación de una pieza dental artificial en el hueso mandibular, simulando la inserción de la raíz de una pieza dental real. Esta fijación se lleva a cabo mediante la colocación de un tornillo en una perforación de la mandíbula, el cual suele estar compuesto de titanio puro, aleaciones de titanio con otros metales y zirconio. exenta de riesgos, ya que al introducir un cuerpo extraño en el interior del hueso mandibular pueden producirse infecciones o daños en las estructuras circundantes, pudiendo llegar incluso a producirse lesiones en los nervios que ocasiones pérdidas de sensibilidad o movilidad facial en determinadas zonas. El objetivo de esta tesis se basa en el estudio y desarrollo de aquellas técnicas que permitan desarrollar un procedimiento para lograr la corrección de defectos odontológicos y/o óseos, mediante la combinación de diferentes tecnologías novedosas como la fabricación aditiva o impresión 3D, bioimpresión 3D, escáner 3D y proliferación celular sobre scaffolds, que ayuden a mejorar la técnica actual de regeneración dental mediante la minimización de riesgos y aumento de la optimización, al emplear las células del propio paciente y evitar la inserción de cuerpos extraños. Para ello se busca, en primer lugar, llevar a cabo una extensa revisión bibliográfica para obtener información esencial sobre la bioimpresión y los hidrogeles empleados en bioimpresión, así como sus aplicaciones y líneas futuras. En segundo lugar, se busca determinar las propiedades mecánicas deseables en los hidrogeles para asegurar una correcta imprimibilidad y capacidad estructural, mediante el análisis de hidrogeles comerciales. El estudio de estas propiedades se lleva a cabo mediante la determinación de las propiedades reológicas de los hidrogeles y la aplicación de una metodología propia de caracterización de la imprimibilidad. En tercer lugar, se busca realizar los estudios necesarios para llevar a cabo la comparación entre hidrogeles y termoplásticos biocompatibles, determinando las ventajas e inconvenientes de cada uno. Todos estos esfuerzos se han encaminado al asentamiento de las bases que permitan obtener una nueva técnica para corregir defectos odontológicos y/o óseos mediante la combinación de las tecnologías anteriormente nombradas, para lograr, en un futuro, la reconstrucción ósea parcial o completa de un diente del paciente o abordar problemas más complejos como la pérdida de hueso maxilofacial.

Current dental techniques aimed at the regeneration or replacement of dental pieces are based, in many cases, on dental implants by means of one or more surgeries that allow the fixation of an artificial dental piece in the mandibular bone, simulating the insertion of the root of a real dental piece. This fixation is carried out by placing a screw in a perforation of the jawbone, which is usually made of pure titanium, titanium alloys with other metals and zirconium. This type of surgery, although it normally has a high success rate, is not without risk, as the introduction of a foreign body inside the mandibular bone can cause infections or damage to the surrounding structures and can even lead to nerve damage that can cause loss of sensitivity or facial mobility in certain areas. The aim of this thesis is based on the study and development of techniques that allow the development of a procedure to achieve the correction of dental and/or bone defects, through the combination of different novel technologies such as additive manufacturing or 3D printing, 3D bioprinting, 3D scanning and cell proliferation on scaffolds, which help to improve the current technique of dental regeneration by minimising risks and increasing optimisation, by using the patient's own cells and avoiding the insertion of foreign bodies. To this end, the first aim is to carry out an extensive literature review to obtain essential information on bioprinting and the hydrogels used in bioprinting, as well as their applications and future lines of research. Secondly, the aim is to determine the desirable mechanical properties of hydrogels to ensure correct printability and structural capacity, through the analysis of commercial hydrogels. The study of these properties is carried out by determining the rheological properties of hydrogels and the application of a proprietary methodology for characterising printability. Thirdly, the aim is to carry out the necessary studies to compare hydrogels and biocompatible thermoplastics, determining the advantages and disadvantages of each one. All these efforts are aimed at laying the foundations for a new technique to correct dental and/or bone defects by combining the aforementioned technologies, in order to achieve, in the future, the partial or complete reconstruction of a patient's tooth or to tackle more complex problems such as maxillofacial bone loss.