ABSTRACT
Abstract Total Hip Arthroplasty (THA) is one of the surgical procedures carried out satisfactorily in procedures for osteoarthritis and trauma lesions. ATC surgery reduces pain and improves the quality of life of young patients. Therefore, it is of great importance to improve the properties of hip implants, since current implants do not match their lifespan with the life expectancy of a young patient. This is because the solid prostheses that currently exist have a higher Young's modulus, and therefore are too rigid compared to the bone tissue. On the other hand, the cyclic and continuous loads to which the hip joint is subjected in daily activities, can cause loosening and consequent implant loss The present work proposes an implant manufactured with a porous lattice structure, which aims to reduce stiffness, allow bone growth and a more effective mechanical load transfer. Three computational models subjected to static charges were evaluated and compared: 1) healthy femur, 2) implanted femur with a commercial prosthesis, and 3) implanted femur with a prosthesis with lattice structure. For the computational analysis it was decided to perform a static analysis of a person standing on the left foot; a load equivalent to the body weight was applied on the head of the femur, balancing the reaction forces in the system of forces (contact force, body weight, and abductor muscle).. The results were shown in terms of displacement, compression and deformation. The model implanted with a prosthesis with a lattice design presented a slight decrease in displacement, and a decrease in compression and deformation values, which indicated that the proposed design has a better distribution and transport of the loads through its structure.
Resumen La artroplastia total de cadera (ATC) es uno de los tratamientos quirúrgicos llevados a cabo de manera satisfactoria en procedimientos para la osteoartritis y lesiones de trauma. La ATC reduce el dolor y mejora la calidad de vida de los pacientes. Por lo tanto, es de gran importancia mejorar las propiedades de los implantes de cadera, ya que los implantes actuales tienen un tiempo de vida útil y deben cumplir con las expectativas de rehabilitación para los pacientes. Esto se debe a que las prótesis sólidas que existen actualmente tienen un módulo de Young más elevado, y por lo tanto son demasiado rígidas a comparación del tejido óseo. Por otro lado, las cargas cíclicas y continuas a las que se ve sometida la articulación de la cadera en actividades diarias, pueden ser causa del aflojamiento y consecuente pérdida del implante. El presente trabajo propone un implante fabricado con una estructura porosa tipo látice, el cual tiene como objetivos reducir la rigidez, permitir crecimiento óseo y una transferencia de cargas mecánicas más efectiva. Se evaluaron y compararon tres modelos computacionales sometidos a cargas estáticas: 1) fémur sano, 2) fémur implantado con una prótesis comercial, y 3) fémur implantado con una prótesis con estructura látice. Para el modelo computacional se optó por hacer un análisis estático de una persona parada sobre el pie izquierdo; donde se aplicó una carga equivalente del peso corporal sobre la cabeza del fémur, equilibrando las fuerzas de reacción en el sistema de fuerzas (fuerza de contacto, peso corporal, y músculo abductor). Los resultados fueron mostrados en términos de desplazamiento, compresión y deformación. El modelo implantado con una prótesis con un diseño tipo látice presentó una ligera disminución de desplazamiento, y disminución en los valores de compresión y deformación, lo que indicó que el diseño propuesto posee una mejor distribución y transporte de las cargas a través de su estructura.
ABSTRACT
Abstract An artificial liver support system is based on the functional hepatocytes being cultured inside a bioreactor; this technique has being used as an effective therapy for treating chronic liver diseases in recent times. This work evaluates different parameters such as cell viability and metabolic function of the hepatocytes when cultured on a hybrid scaffold. The scaffold was built using a polypyrrole plasma coated polymer layer seeded with endothelial matrix for efficient three-dimensional hepatocyte growth within a radial flow bioreactor. The flow rate inside the bioreactor was 7 ml / min. The parts for the bioreactor where either built using food-grade steel and/or glass or the scaffolds comprise a Poly (L-lactic acid)-coated polypyrrole iodine layer or not for HepG2 culture. The results show that the Poly (L-lactic acid)-coated scaffolds increased cell proliferation by 30%, protein production by 16% and albumin secretion by 40% compared with the non-coated scaffold. All experiments were performed thrice and data was analysed by ANOVA and Tukey statistic models with a p<0.05. The obtained results demonstrated that radial flow bioreactors in conjunction with hybrid scaffolds improve hepatocytes' physiological and functional properties and could be used as an alternative therapy for patients with liver diseases.
Resumen Un sistema de soporte hepático artificial se basa en utilizar hepatocitos funcionales cultivados en un biorreactor; esta técnica ha demostrado que se puede utilizar como una terapia eficaz para el tratamiento de enfermedades crónicas del hígado en los últimos tiempos. Este trabajo evalúa diferentes parámetros tales como la viabilidad celular y la función metabólica de los hepatocitos cuando se cultivan en un andamio híbrido. El andamio fue construido usando una capa de polímero recubierto de polipirrol plasma, se sembró con un cultivo tridimensional de células endoteliales y de hepatocitos dentro de un biorreactor de flujo radial. La velocidad de flujo en el interior del biorreactor fue de 7 ml / min. Las piezas para el biorreactor fueron construidas con acero de calidad alimentaria y / o vidrio. Los andamios control fueron de ácido L-poliláctico y a estos se les agrego un revestimiento de polipirrol-yodo para el cultivo de HepG2. Los resultados muestran que el ácido L-poliláctico recubierto, aumento la proliferación celular en un 30%, la producción de proteínas en un 16% y la secreción de albúmina por 40% en comparación con el andamio no recubierto. Todos los experimentos se llevaron a cabo tres veces y los datos se analizaron mediante modelos estadísticos ANOVA y Tukey con una p <0.05. Los resultados obtenidos demostraron que los biorreactores de flujo radial conjuntamente con andamios híbridos mejoran las propiedades fisiológicas y funcionales hepatocitos y podrían utilizarse como una terapia alternativa para los pacientes con enfermedades hepáticas crónicas.
ABSTRACT
The aim of this work is to implement a biological model of neuromuscular junctions to study the mechanisms involved in intra and inter cellular processes using cell co-cultures. To optimize growth and development of the neuromuscular junction, cells were seeded on plasma polymerized pyrrole which has proven suitable for other types of cell cultures. The cell lines used were motor neuron NG108-15 and skeletal muscle C2C12. Cells were evaluated according to their morphology and electrophysiological characteristics. To observe the expression of specific proteins of the nerve synapse, immunocytochemical techniques were applied using dying antibodies. Proteins localized in nerve terminals were dyed and imaged by fluorescence microscopy. Images of cell co-cultures showed the formation of neuromuscular junctions. The preparation of neuromuscular junctions described in this work will allow the study of the mechanisms involved in their functions.
El objetivo de este trabajo es implementar un modelo biológico de unión neuromuscular para el estudio de los mecanismos involucrados en los procesos intra e intercelulares empleando co-cultivos celulares. Con el fin de optimizar el crecimiento y desarrollo de las uniones neuromusculares, las células se cultivaron sobre superficies de polipirrol obtenidas mediante polimerización por plasma que han mostrado ser adecuadas en otros tipos de cultivos celulares. Las líneas celulares que se emplearon fueron los modelos de motoneurona NG108-15 y muscular C2C12. Las células se evaluaron de acuerdo a su morfología y características electrofisiológicas. Para observar la expresión de proteínas clave de la sinapsis, se aplicaron técnicas inmunocitoquímicas utilizando anticuerpos específicos para la marcación de proteínas localizadas en las terminales nerviosas adquiriendo imágenes con microscopía de fluorescencia. Las imágenes de los co-cultivos celulares mostraron la formación de uniones neuromusculares. El método de preparación de uniones neuromusculares que se describe en este trabajo permitirá estudiar los mecanismos involucrados en sus funciones.