Ingeniería Biomédica

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Diseño e implementación de una plataforma de microtitulación elástica que genera esfuerzos cortantes y elongaciones homogéneas para cultivo de células bidimensionales
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-06-09) Suarez Uribe, Etsel Lemy; Casado Peña, Fanny Lys
Las variables bioquímicas y las modulaciones mecánicas influyen en el comportamiento celular. A la actualidad, los sistemas de microtitulación comerciales no ejercen modulaciones mecánicas homogéneas en regiones de cultivo celular independientes (superficies de pocillos). Esta homogeneidad es necesaria para estudiar con mayor precisión la respuesta biológica de las células a estas modulaciones y para ello, se requiere la mayor población celular bajo las mismas condiciones mecánicas. Por lo que en este proyecto de tesis, se presenta una plataforma de microtitulación que genera campos de elongaciones y esfuerzos cortantes homogéneos en las regiones de interés para cultivo celular, esto con el fin de obtener poca variabilidad de las magnitudes de estímulos mecánicos en una misma región de cultivo. Para lo cual, para el diseño de la plataforma se usaron las dimensiones estándares de sistemas de microtitulación comerciales y, con el objetivo de desarrollar campos mecánicos homogéneos, se empleó un software de cálculo por elementos finitos y herramientas de optimización topológica. Con la optimización realizada se obtuvo un incremento a aproximadamente 250 % en área de región de cultivo celular con esfuerzos cortantes homogéneos y un aumento al 177 % del área de cultivo bajo elongaciones homogéneas con respecto a sistemas de microtitulación con dimensiones comerciales. Se analizaron dos materiales: RTV1500 y Sylgard 184; y para la manufactura del diseño propuesto se empleó fabricación digital aditiva tradicional y fabricación con tecnología Polyjet. Los principios de accionamiento para lograr las elongaciones y esfuerzos cortantes se basaron en el accionamiento neumático y la minifluídica, respectivamente. Finalmente se verificó la capacidad del sistema de ser estéril y se validó funcionalmente, mediante el análisis de viabilidad de una línea celular comercial.
Implementación de un protocolo para la obtención de chips de tejido óseo esponjoso desmineralizado en el banco de tejidos del Hospital Luis Vernaza
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-11-25) Jaramillo Cañas, Winston Eduardo; Casado Peña, Fanny Lys
El objetivo principal de este estudio fue diseñar un proceso para elaborar tejido óseo desmineralizado en forma de chip para el Banco de Tejidos del Hospital Luis Vernaza (Guayaquil, Ecuador) con un porcentaje de calcio residual por debajo del 8%. La optimización de factores fue realizada usando la metodología de respuesta de superficie (RSM) mediante un diseño central compuesto (DCC) usando el software Design Expert 12. Se evaluó la influencia de las concentraciones de peróxido de hidrógeno y alcohol iso-propílico en la reducción de lípidos. Una vez obtenido un producto con una cantidad de lípidos mínima (menor a 4 %) se procedió con la desmineralización sometiendo el tejido esponjoso con ácido clorhídrico al 0.5 N. Se evaluó la influencia de la temperatura y el tiempo en la desmineralización de tejido óseo. Se realizaron once corridas experimentales por grupo de factores a evaluar y tres corridas para evaluación de resultados de optimización. Las variables usadas en el estudio fueron la concentración de peróxido de hidrógeno entre 10 y 25 %, concentración de alcohol iso-propílico entre 50 y 90 %, temperatura en la que ocurre la reacción entre 25 y 60 ºC y el tiempo que dura la reacción entre 30 y 120 minutos. Además, para lograr estudiar la reacción de desmineralizado de forma controlada y reproducible, se fabricó un reactor de flujo utilizando tecnología de prototipado rápido. Los resultados de optimización en el reactor de flujo mostraron que la combinación de peróxido de hidrógeno 12% y alcohol iso-propílico 80% a una temperatura controlada de 45ºC por un tiempo de 120 minutos logra un porcentaje de lípidos totales del 4 % y un producto con una concentración de calcio residual por debajo del 8%. Las condiciones establecidas pueden implementarse como un proceso de manufactura viable y eficiente para producir en mediana escala chips de matriz ósea desmineralizada proveniente de tejido óseo esponjoso para su uso como aloinjerto.
Optimización y evaluación de una plataforma elástica de microtitulación para aplicaciones en estudios toxicológicos con células adherentes
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-03-26) Calderón Castillo, Heillen Melisa; Casado Peña, Fanny Lys
Se investigó la viabilidad de emplear una plataforma de microtitulación elástica elaborada en polidimetilsiloxano (PDMS) para su uso en estudios toxicológicos. Primero, se evaluó la compatibilidad del diseño propuesto en la solicitud de patente ”Sistema de cultivo celular con componentes que generan excitaciones mecánicasïmplementado en una silicona biocompatible, donde se encontraron varios puntos de mejora que fueron trabajados en aras de poder utilizarla en métodos estandarizados para ensayos farmacológicos o toxicológicos. En la segunda parte de la investigación, se desarrollaron métodos para mejorar la hidrofilicidad de la superficie de PDMS, para ello se utilizó la modificación a través de la mezcla pre-polimerización con surfactantes y el recubrimiento con proteínas como colágeno y albúmina de suero bovino. A través de la medición del ángulo de contacto de agua, se estimó el incremento de hidrofilicidad, donde la mezcla con surfactantes no logró una diferencia significativa en el ángulo de contacto del material nativo de PDMS (113.98° ± 0.70°); a diferencia del recubrimiento proteico con albúmina al 1 % que logró un ángulo de 56.08° ± 0.74° igualando al control de poliestireno (54.14° ± 2.24°). Luego de establecer los protocolos de mejora de la plataforma elástica, se procedió a su evaluación biológica empleando la línea celular HeLa a través de los criterios de viabilidad, morfología y proliferación. La evaluación de la vialidad celular, por 72 horas mostró que el recubrimiento con colágeno (97.68 % ± 1.42 %) logró igualar al crecimiento logrado en la placa comercial de poliestireno con 98.98 % ± 1.15 % y superar las viabilidades en los otros recubrimientos con albúmina. Si bien, el recubrimiento con colágeno tuvo resultados comparables al control de poliestireno en términos de viabilidad, las diferencias morfológicas fueron evidentes, desde la extensión de cada célula, hasta la formación de la monocapa del cultivo. Se concluye que no basta mejorar propiedades del material, como la hidrofilicidad, sino que se debe explorar la interacción entre célula - sustrato desde un acercamiento bioquímico, ya que, como se ha demostrado, estas interacciones tienen un gran impacto en el desarrollo celular y en aplicaciones que involucran células adherentes.