Biomateriales y biofabricación II

El objetivo de la asignatura es dotar al estudiante de conocimientos, competencias y habilidades sobre las bases de la biofabricación:

• Conocer las principales clases de biomateriales poliméricos, así como su procesado y caracterización.

• Familiarizarse con las clases de materiales poliméricos e híbridos empleados en biofabricación y sus propiedades y especificaciones fundamentales

• Introducción a los biomateriales poliméricos:
-Definición de biomaterial polimérico. Propiedades: biocompatibilidad, biodegradabilidad.
-Clasificación: Biomateriales poliméricos naturales y biomateriales poliméricos sintéticos. Estructura y propiedades
-Aplicaciones biomédicas/farmacéuticas: Aplicaciones en “drug delivery”
-Casos prácticos.

• Técnicas básicas de caracterización de biomateriales poliméricos:
-Propiedades fisicoquímicas de los materiales, y técnicas para su caracterización: estructura molecular, peso molecular, tamaño de partícula, morfología, hidrofilia, grado de hinchamiento, ensamblaje.

• Geles: clasificación, preparación y propiedades:
-Introducción: Definición de geles y su importancia en biomedicina.
-Clasificación de geles: Clasificación basada en la naturaleza de los polímeros empleados, en las propiedades físicas y la respuesta a estímulos.
-Preparación de geles: Mecanismos de gelificación (física, química, evaporación de disolventes).
-Propiedades de los geles: Estructurales (morfología, porosidad y distribución del tamaño de poro), mecánicas y reológicas (viscosidad, elasticidad y resistencia).

• Selección de materiales poliméricos e híbridos para scaffolds 2D y 3D:
-Requisitos de diseño para scaffolds 2D y 3D: Porosidad, arquitectura tridimensional, degradación y propiedades mecánicas en función de las necesidades específicas para diferentes aplicaciones de ingeniería de tejidos
-Consideraciones para la fabricación de scaffolds en función de la aplicación deseada: Selección de disolventes y polímeros, parámetros de fabricación y esterilidad.

• Introducción a la micro y nanobiofabricación, microfluídica y bioimpresión 3D:
-Conceptos de biofabricación y de micro- y nanobiofabricación. Origen, estado actual y perspectivas futuras. Técnicas de micro- y nanobiofabricación. Aplicaciones y potenciales usos biomédicos/farmacéuticos.
-Encapsulación de organismos vivos y células. Aplicación en terapias avanzadas celulares.
-Microfuidos, bases teóricas. Métodos de fabricación. Bases de simulación aplicada a microfluidos. Aplicaciones
-Bioimpresión 3D. Concepto, evolución, tecnologías y aplicaciones.

Bibliografía básica:
Dumitriu, Severian, and Valentin Popa. Polymeric Biomaterials. 3rd ed. Boca Raton, FL: CRC, 2013.
Jenkins, Mike. Biomedical Polymers. Cambridge: Woodhead, 2007.
Deng, Y., & Kuiper, J. (2018). Functional 3D tissue engineering scaffolds : materials, technologies and applications. Woodhead Publishing
Pires, R. A., Pashkuleva, I., & Reis, R. L. (Eds.). (2022). Multifunctional hydrogels for biomedical applications. Wiley-VCH GmbH
Badylak, S. F. (2016). Characterisation and design of tissue scaffolds (P. Tomlins, Ed.; 1st ed.). Woodhead Publishing.

Bibliografía complementaria:
Kutz, Myer. Applied Plastics Engineering Handbook : Processing, Sustainability, Materials, and Applications. Third edition. Oxford, United Kingdom: Elsevier, 2024.
Santos, Venina dos, Rosmary Nichele Brandalise, and Michele Savaris. Engineering of Biomaterials. Cham, Switzerland: Springer, 2017.
Cui, W., Zhao, X., & Liu, S. (2022). Biofabrication for orthopedics : methods, techniques and applications. John Wiley & Sons, Inc.
Dixit, Chandra K., Ajeet Kumar Kaushik, and Ajeet Kaushik. Microfluidics for biologists. Berlin, Germany:: Springer, 2016.
Aegerter, Leventis, Koebel, Steiner III (2023). Springer Handbook of Aerogels. Springer.

COMP21: Conocer los biomateriales poliméricos, cerámicos, vítreos, metálicos e híbridos, incluyendo nanomateriales, su procesado y caracterización, así como la obtención de las capacidades para su manejo en la biofabricación.

COMP22: Conocer las herramientas básicas del diseño 3D y procesos de fabricación aditiva, así como la obtención de las capacidades para su aplicación en la biofabricación.

• Lección Magistral: Clases teóricas con participación de los alumnos

• Seminarios con apoyo de TICs:
-Discusión de casos prácticos en seminarios con apoyo de métodos informáticos y pizarra centrados en la interpretación de resultados de la caracterización estructural, mecánica y reológica de geles, de biomateriales poliméricos y de micro/nano biofabricación.
- Trabajo en equipo (2-3 alumnos) que se realizará presencialmente centrado en la elección de un material polimérico o híbrido, el correspondiente proceso de gelificación y su caracterización para una aplicación biomédica propuesta.

• Presentación:
- Presentación “flash” por parte de los alumnos relacionados con biomateriales poliméricos y/o micro/nano biofabricación.

La evaluación consistirá en:
• Examen de preguntas objetivas: Examen escrito sobre contenidos básicos de la materia (65% de la calificación). El examen de la asignatura, que se realizará en la fecha indicada en la guía del curso correspondiente, consistirá en preguntas de tipo test y/o respuesta corta (incluidos problemas). Se requiere obtener más del 45% de la nota en este apartado para superar la asignatura.

• Participación activa en los seminarios y evaluación de trabajos (35% de la calificación). Se evaluará la participación activa en seminarios. Esta evaluación se llevará a cabo mediante la resolución de cuestiones y problemas planteados en clase, la presentación de trabajos en equipo, presentaciones flash y la intervención en los debates que puedan surgir.

Las horas de las actividades formativas presenciales son 24. Las horas de trabajo personal del estudiante se estiman en 45.

El estudiante debe evitar el simple esfuerzo de memorización y orientar el estudio para comprender, razonar y relacionar los contenidos de la materia. La asistencia regular a las sesiones de la asignatura y la participación activa en actividades interactivas permitirán al estudiante comprender mejor los aspectos desarrollados en las clases expositivas, lo que facilitará la preparación para el examen final.