CERÁMICOS

Question 1

Donde se encuentran los cerámicos?

Answer 1

Los encontramos en los tejidos duros (huesos y dientes)

Question 2

Que son los cerámicos?

Answer 2

Son composies, es decir formados por polimeros y ceramicos.

Question 3

Como son los ceramicos en cuanto a estructura?

Answer 3

En los huesos y los dientes, en concreto, consisten en una matriz orgánica compuesta por
colágeno (parte polimérica) la cual mineralizada por depósitos de fosfatos de calcio, carbonatos
de calcio… (parte cerámica)

Question 4

De que esta formado la parte organica e inorganica de los ceramicos?

Answer 4

La parte orgánica corresponde al 30% siendo el colágeno el componente principal (90% del
30%). El 10% restante del 30% son células y otros componentes buiologicas.
La parte inorgánica corresponde al 70% donde encontramos los cerámicos que dan las
propiedades de dureza y resistencia a los huesos y dientes.

Question 5

Caracteristicas generales de los ceramicos sinteticos:

Answer 5

Características principales:
- Naturaleza inorgánica
- Sólidos no metálicos
- Duros pero quebradizos (tipo una tiza)
- Resistentes a la corrosión
- Baja conductividad eléctrica y térmica  buenos aislantes

Question 6

Aplicaciones biomedicas de los ceramicos:

Answer 6

Estan relacionadas con la reparación del sistema esquelético.
- Implantes ortopédicos
- Reparación de huesos y articulaciones
- Fijar los implantes al hueso
- En odontología, fabricación de implantes
- En la sustitución y regeneración ósea en defectos grandes y pequeños

Question 7

Que son los bioceramicos?

Answer 7

Son diseñados para aplicaciones médicas y que están destinados a estar en contacto o
interaccionar con tejidos vivos

Question 8

Como se pueden clasificar los bioceramicos?

Answer 8

Según como interacciona con los tejidos del huésped,estos se pueden dividir en distintos tipos:
- Bioinertes
- Bioactivos
- Bioreabsorbibles

Question 9

Explica los bioceramicos inertes:

Answer 9

Fueron los primeros, de primera generación. Tienen una elevada estabilidad química en vivo, es decir, son muy estables una vez implantados sin causar
reacciones cuando están interactuando o en contacto con tejidos vivos del paciente. Por
lo que no desencadenan una respuesta inmune pero tampoco ninguna regenerativa del
hueso

Question 10

Explica los bioceramicos bioactivos y que efecto suelen tener:

Answer 10

Son los de segunda generación. A diferencia de los otros, tienen un efecto sobre las células y tejidos del paciente en el sitio del implante. Suelen tener un efecto
osteoconductivo, que estimulan la colonización de las células óseas del paciente sobre el implante, por lo tanto promoviendo la unión física y química entre el material y el tejido óseo. Esto se llama osteointegración

Question 11

Explica los biocerámicos bioreabsoribibles:

Answer 11

Son los de tercera generación. También son bioactivos pero están diseñados para degradarse lentamente de forma segura y controlada en el cuerpo. Como consecuencia son reabsorbidos por el paciente. Este implante promoverá la
autoreparación del tejido óseo y la formación de hueso nativo hasta el punto que este
implante, poco a poco, será reabsorbido y sustituido por el tejido óseo del paciente. Este
proceso se llama osteoinducción (formación de hueso

Question 12

Ventajas de los cerámicos:

Answer 12

• Son inertes, activos y/o reabsorbibles (permite jugar con los materiales dependiendo de
  la aplicación que queramos).
• Dureza y resistencia de compresión para la reparación y generación de los tejidos duros.
• Componente estético para usarlos como implantes dentales

Question 13

Desventajas de los cerámicos:

Answer 13

• La mayoría de ellos son quebradizos, es decir que se pueden romper.
• Baja resistencia tensa y de fatiga, lo que limita la implantación con elevada exigencia de
  desgaste.

Question 14

Que es la bioactividad?

Answer 14

Se relaciona con la formación de tejido óseo en el interfaz entre la superficie del
material y el tejido óseo del paciente.

Question 15

Como es la bioactividad en cada tipo de cerámico?

Answer 15

Los inertes (G) son muy poco activos ya que no hay formación de tejido ni hay procesos osteodestructivos. Si no fijamos en los
bioreabsorbibles y los bioactivos, vemos que aumenta la actividad (A y B). es porque hay una mayor formación de tejido óseo.

Question 16

Ejemplos de biocerámicos inertes?

Answer 16

Al2O3,ZrO2
Carbons

Question 17

Ejemplos de biocerámicos bioreabsorbibles?

Answer 17

Calcio
Fosfatos

Question 18

Ejemplos de biocerámicos bioactivos?

Answer 18

• Biovidrios
• Vidrios cerámicos
• Fosfatos de calcio como la hidroxiapatita

Question 19

2 biocerámicos mas importantes inertes:

Answer 19

Alumina y circonia

Question 20

Explica propiedades y ventajas de la alumina y la circonia:

Answer 20

Se ha de destacar su baja porosidad que permite el elevado grado de inertidad impidiendo que
las células del paciente colonicen el interior del material. Además, esta baja porosidad también
provoca unas elevadas propiedades mecánicas necersarias para las aplicaciones.
Gracias a estas propiedades mecánicas altas, los dos materiales se han usado como alternativa a
aleaciones mecánicas como por ejemplo prótesis completas de caderas o implantes dentales.
Las principales ventajas son las bajas tasas de desgaste en superficies y la baja liberación de
partículas del propio material debido al desgaste mecánico.

Question 21

Explica la estructura de la alumina:

Answer 21

Óxido de aluminio cristalino (Al2O3)

Question 22

Explica propiedades físicas y químicas de la alumina:

Answer 22

-Muy estable
-Alta pureza
-Tamaño del grano (<7micrometros)

Question 23

Explica las propiedades biomecanicas de la alumina:

Answer 23

→ Altas propiedades mecánicas:
* Alta tenacidad a la fractura
* Alta resistencia mecánica
* No frágil
* Coeficiente de fricción muy bajo
* Tasa de desgaste extremadamente baja

Question 24

Usos de la alumina:

Answer 24

Normalmente tiene aplicaciones ortopedicas.
prótesis, sustitutos oculares protésicos, tejido
refuerzos, coronas dentales, puentes y otros materiales dentales
Más relevante: utilizado en reemplazo de cadera desde 1970.
→Cabezas femorales de alúmina
Las tasas de desgaste excesivas pueden contribuir al aflojamiento y eventual
Fallo de implantación
→ La alúmina reduce los residuos de desgaste (wear debris) en comparación con el metal y
polimeros

Question 25

Explica la estructura de la zirconia:

Answer 25

Esta formado por el Dióxido de circonio cristalino (ZrO2) Tiene diferentes estabilizadores: Magnesia (MgO), Itria (Y2O3 ), Calcia (CaO) y Ceria (CeO), entre otros

Question 26

Explica propiedades físicas y químicas de la zirconia:

Answer 26

El ZrO2 es altamente reactivo pero tiene diferentes estabilizadores Gran pureza Tamaño del grano (aprox un micrometro)

Question 27

Explica las propiedades biomecanicas de la zirconia:

Answer 27

Altas propiedades mecánicas: * Alta tenacidad a la fractura * Alta resistencia mecánica * No frágil * Buen comportamiento de fricción

Question 28

Usos zirconia:

Answer 28

Ampliamente utilizado en la fabricación de implantes dentales → Alta biocompatibilidad + bajo potencial de colonización bacteriana

Question 29

Explica el proceso de fabricado de los cerámicos:

Answer 29

Inicialmente se parte de un polvo cerámico con un tamaño de grano particular (tipo cemento). La suspensión es inyectada en un molde para ser prensada y compactar las partículas estableciendo uniones débiles. En este punto se haría un tratamiento térmico llamado sintetizado, consiste en someter la muestra a elevadas temperaturas para generar enlace fuertes entre las partículas, las cuales se unen en un solo bloque que es ya la cerámica. Finalmente, en el post-tratamiento, la pieza se puede cortar con tecnología láser si es necesario y también pulir para mejorar las propiedades mecánicas

Question 30

Que propiedad es muy importante en los bioceramicos bioactivos?

Answer 30

La biocompatibilidad es muy importante para evitar el desarrollo de una respuesta inmune contra el material, sino al contrario, fomentar una respuesta positiva en el paciente para la creación de hueso en el implante y en el tejido óseo para que se realice la osteointegración del cerámico.

Question 31

A que se parece la composicion de los bioceramicos bioactivos sinteticos?

Answer 31

Los sintéticos tienen una composición idéntica a la composición mineral nativa de los huesos y dientes y por eso se generan enlaces fuertes con el hueso produciendo la osteointegración.

Question 32

Que les pasa a los bioceramicos bioactivos que no les pasa a otros?

Answer 32

Este tipo de cerámicos sí que son quebradizos y no se usan en partes donde hay una mayor carga de desgaste. Pero la bioactividad permite que se usen en otro punto de vista en el campo de la ortopedia y ortodoncia. En particular están destinados a la regeneración de tejidos duros.

Question 33

Clasificacion bioceramicos bioactivos

Answer 33

Clase A Clase B

Question 34

Explica los bioceramicos bioactivos de Clase A

Answer 34

- Efecto osteoconductivo y osteoinductivo, son capaces de formar enlaces fuertes en la interfaz del implante y el tejido nativo. Esto sería la osteoconducción. Pero además estimulan a las células madre osteogénicas del propio paciente para generar hueso nuevo nativo. Esto se llama osteoinducción. - Son materiales porosos lo que permite que sean colonizados por estas células madre del paciente generando la mineralización del implante y en consecuencia la formación de estructuras óseas maduras. - Aquí se encuentran los biovidrios.

Question 35

Explica los bioceramicos bioactivos de Clase B

Answer 35

- Solo muestran propiedades osteoconductivas, solo promueven la unión del implante y el hueso nativo en la interfaz del hueso. - Un ejemplo es la hidroxiapatita, la hidroxiapatita tiene una menor formación de hueso que el biovidrio.

Question 36

Explica las ventajas del Biovidrio 45S5

Answer 36

- La composición química es similar a la del tejido óseo nativo. - También las propiedades mecánicas similares a las del hueso cortical (parte del hueso más externa con células madre). Gracias a esto, es fácil la colonización de estas en el implante. - Gran actividad biológica.

Question 37

Explica las desventajas del Biovidrio 45S5

Answer 37

- Bajas propiedades mecánicas, que aunque son duros, son quebradizos y frágiles con una baja resistencia a la rotura. Por lo que no se puede utilizar en contextos de desgaste. Por ejemplo, la resistencia a la flexión de la mayoría del biovidrio se encuentra en el rango de 40–60 MPa, que no es suficiente para la aplicacion de cargas

Question 38

Composicion del Biovidrio 45S5

Answer 38

→ 45 wt% SiO2 and 5:1 ratio of CaO to P2O5.

Question 39

Aplicaciones del Biovidrio 45S5

Answer 39

La regeneración del hueso alrededor de la raíz de los dientes para poder salvar el diente. También lo podemos encontrar en la reparación de defectos óseos, en una mandíbula por ejemplo para facilitar la fijación de implantes dentales. O bien como recubrimiento en el propio implante para reemplazar la raíz del propio diente por osteointegración. Además también se usan como recubrimiento de implantes metales usados en huesos.

Question 40

Explica mas o menos como se forma el hueso a partir de los biovidrios

Answer 40

Las bases biológicas y moleculares que hay detrás de las fases de formación de hueso a través de los biovidrios no se comprenden del todo, pero serian mas o menos asi: 1. Hay el biovidrio. 2. Se produce una liberación de iones de calcio, fosfatos… en la interfaz entre el hueso y el implante. 3. En la superficie del implante se va a producir una absorción de proteínas nativas que promueven la adhesión de células madre del paciente. Entonces empiezan los procesos de regeneración. 4. La superficie del material se convierte en un microentorno que favorece la proliferación de células madre y la diferenciación a osteoblastos. Estas sintetizan y secretan TF para llamar a más células además de secretar proteínas de matriz extracelular (colágeno que será mineralizado para obtener estructuras oseas maduras)

Question 41

Que pasa cuando hay una fractura de hueso muy grande?

Answer 41

Cuando la fractura es grande y hay grandes defectos óseos, los sistemas de reparación intrínsecos no son suficientes y aquí la medicina ha elaborado tratamientos para curarlos y poder regenerar el hueso

Question 42

Que se puede hacer para poder regenerar el hueso?

Answer 42

Hay distintos tipos de injertos para poder reparar bien los daños producidos por una fractura grande. Estos nos van a permitir regenerar y curar estos defectos de manera más eficiente que los procesos intrínsecos de generación. (INJERTOS EN RESUMEN)

Question 43

Nombra los diferentes tipos de injertos

Answer 43

- Autoinjertos - Xenoinjertos -Aloinjertos - Injertos sintéticos

Question 44

Explica lo que son los autoinjertos:

Answer 44

Proceden del mismo organismo y también se llaman injertos autólogos. Son fragmentos de tejido óseo del mismo pacientes, se han extraído de una zona donante sana del mismo paciente y son implantados en la zona a tratar de este. Cuando son recién extraidos, contienen células madre propias del paciente que esto provocará que no se produzca un rechazo inmunológico. Además también tienen proteínas osteoconductivas que van a promover la formación de hueso. A nivel médico, este tipo de injerto es el mejor y se utiliza siempre que se puede. Tampoco pueden transmitir enfermedades virales y además tiene un gran potencial osteoconductivo, osteoinductivo y osteogénico (este último se atribuye a que contiene las células madre que favorecen la formación de nuevo hueso). Lo malo es que necesitan una cirugía adicional y puede derivar a complicaciones y además el material óseo es limitado y muchas veces no hay suficiente tejido

Question 45

Explica lo que son los xenoinjertos:

Answer 45

Proceden de especies diferentes al organismo receptor. Se han usado de vacas, ovejas, cerdos… tienen una elevada disponibilidad pero tienen más inconvenientes que los aloinjertos. Pueden transmitir enfermedades de los animales y una respuesta inmune causando el rechazo. Además tampoco tienen el potencial autoregenerativo de los autoingertos porque no tienen células madre osteogénicas.

Question 46

Explica que son los aloinjertos

Answer 46

Proceden de la misma especie, de un donante. Son tejidos óseos procedentes del tejido óseo de una persona donante. Existem empresas que comercializan con este tipo de implantes. La mayor ventaja es la alta y rápida disponibilidad. También tienen capacidad osteoconductivo y osteoinductivo. Pero como no tienen células viables, no tienen capacidad osteogenica por lo que no tiene el poder autoregenerador tan alto como un autoinjerto. Como desventaja tiene la posibilidad de transmitir enfermedades virales y bacterianas. Además puede ocasionar una respuesta inmune que conlleve al rechazo

Question 47

Explica que son los injertos sintéticos

Answer 47

se quieren obtener las ventajas mencionadas anteriormente (alta disponibilidad y el potencial osteoregenerador) sin tener las desventajas (rechazo, transmisión de enfermedades…). Aquí entran los materiales bioreabsorbibles (fosfatos de calcio). Imitan la composición química y la arquitectura del hueso mimetizando el microentorno para estimular y potenciar la regeneración del defecto. Estos son reabsorbidos y sustituidos por hueso nativo

Question 48

Expica las diferentes escalas que hay en el hueso:

Answer 48

Nano: tenemos las moléculas de colágeno entrecruzadas formando triples hélices organizándose en microfibras de colágeno con las hidroxiapatitas. Micro: se organizan en osteonas. Macro: forman el tipo de hueso determinado.

Question 49

Cuales son las fases de remodelazacion del hueso que nos interesan para hacer tejido sintetico?

Answer 49

- Mineralización → para que el material produzca hueso en el sitio que queremos tratar. - Absorción → para que el material sintético sea reabsorbible a la vez que se forma el hueso nuevo.

Question 50

Cuales son las propiedades ideales que deberia tener un injerto oseo?

Answer 50

Las propiedades ideales de los injertos óseos: - Alta biocompatibilidad: ningún efecto adverso en el paciente. - Integridad estructural, rigidez: para que las células colonicen el interior del material. - Alta bioactividad: para interactuar con las células y los tejidos del paciente para la osteoconductividad y la osteoinductividad. - Suficiente superficie: para formar el hueso nuevo (muy porosos).

Question 51

Cuales son las propiedades que influyen en la respuesa biologica de los materiales osteoconductivos?

Answer 51

Las propiedades que influyen más en la respuesta biológica son: - Macroestructura: define la forma y la porosidad del implante. Influye directamente a la infiltración de las células osteoblasticas y osteogenicas del paciente. También directo sobre la difusión de nutrientes para la proliferación y diferenciación de células. - Micro-nanoestructura: definida por el tamaño de partículas del cerámico. También de la microporosidad obtenida durante el fabricado junto a la rugosidad que se consigue en el implante. Esto tiene un efecto directo en la absorción de proteínas. - Composición química: donde la liberación de iones y compuestos adecuados (fosfatos) estimulan la diferenciación y la maduración de las células osteogenicas reclutadas hasta osteoclastos que formaran el hueso nuevo.

Question 52

Cual es el mejor ceramico para poder regenerar hueso?

Answer 52

Por lo tanto, los fosfatos de calcio son los cerámicos que mejor cumplen estas características fisicoquímicas, ya que son el tipo que componen la fase orgánico del hueso en la fase natural.

Question 53

En que formas se pueden encontar los diferentes fosfatos de calcio?

Answer 53

Hay una gran variedad de materiales que se componen en iones calcio y grupos fosfatos (apatita). La hidroaxapatita es el mineral predominante en la parte cerámica de los huesos. El fosfato de calcio se refiere a numerosos materiales que consisten en iones de calcio (Ca2+) junto con ortofosfatos (PO43-), metafosfatos o pirofosfatos (P2O74-) y ocasionalmente iones de óxido e hidróxido

Question 54

De que generacion se compone la hidroxiapatita sintetica?

Answer 54

La hidroxiapatita sintetica se considera un material bioactivo de segunda generación porque tiene una baja solubilidad y no es reabsorbible

Question 55

Que pasa cuando se implanta el fosfato de calcio?

Answer 55

Una vez implantado, se estimulan los procesos osteoinductivos y osteoconductivos. Seguidamente se hace la reabsorción mediante la disolución del material y debido a las fragmentaciones pequeñas del material que se reabsorbiran mediante la remodelación. A su vez, se activaran procesos osteogenicos con células madre que guiaran la formación de hueso nuevo mientras se degrada todo el implante.

Question 56

Como es el potencial osteogenerador comparado con el de los autoinjertos de fosfato de calcio?

Answer 56

Sin embargo, estos materiales no tienen el mismo potencial osteoregenerador que los autoingertos porque no tienen células osteogenicas si no que las tienen que reclutar del mismo paciente por lo que se relentiza todo.

Question 57

Que se podria hacer para agilizar el proceso de osteogeneracion?

Answer 57

La ciencia avanza combinando estos injertos sintéticos con células madre del paciente para agilizar el proceso. Se consigue mimetizar las propiedades del ambiente. Esta estrategia no se usa si no que está en proceso de hacerse y se está investigando.

Question 58

Para que puede ser util la impresion 3D de biomateriales?

Answer 58

Esta tecnología permite la creación de materiales sin uso de moldes. También se pueden trabajar con cerámicos.

Question 59

Como se usa la impresión 3D para trabajar con cerámicos?

Answer 59

- Por extrusión: jeringas que sueltan cemento capa por capa. Dejan espacios vacíos que se llenaran de vasos sanguíneos colonizando a la vez el hueso. Los cerámicos son una masa del tipo pastosa que son resistentes cuando se endurecen. - Mediante laser: hay polvo cerámico que se estimula con el láser haciendo un sintetizado in situ imprimiendo capa a capa. Esta tecnología es de más resolución y se pueden imprimir estructuras más complejas (jugar con la porosidad del implante).

Question 60

Proceso de impresion 3D de bioceramicos:

Answer 60

1. Mediante imagen médica se obtienen las imágenes del defecto óseo. 2. Con softwares se hace un modelo del implante. 3. Se imprime el implante. 4. Se implementa en el paciente. A veces se añaden células madre del paciente para aumentar el potencial regenerador.