Procesos de biofabricación avanzada II

El objetivo de la asignatura es dotar al estudiante de conocimientos que le permitan comprender los fundamentos de la biofabricación avanzada:

• Conocer las principales tecnologías de fabricación de andamios y órganos 2D, 3D mediante biofabricación.

• Familiarizarse con las técnicas actuales y emergentes para la preparación y caracterización de scaffolds 2D y 3D.

A. CLASES TEÓRICAS (10 horas)
Bloque Temático I: Scaffolds 2D y 3D
Tema 1. Técnicas de preparación de scaffolds 2D y 3D. Tecnologías por fusión. Tecnologías por separación de fases. Tecnologías de espumado. Tecnologías por liofilización. Tecnologías de impresión 2D y 3D. Tecnología de fluidos supercríticos.
Tema 2. Técnicas de caracterización estructural de scaffolds 2D y 3D. Porosidad e interconectividad. Porosimetría de mercurio. Adsorción-desorción de nitrógeno. Microtomografía computarizada.
Tema 3. Procesos de esterilización. Clasificación. Esterilización por calor. Esterilización por radiaciones. Esterilización por agentes químicos. Tecnologías emergentes de esterilización. Control del proceso y controles de esterilidad.

Bloque Temático II: Diseño de materiales avanzados.
Tema 4. Introducción a la manufactura aditiva (tipos de técnicas). La manufacturación aditiva para la fabricación de implantes, prótesis y scaffolds personalizados.
Tema 5. Materiales empleados en la manufacturación aditiva (cerámicos, metálicos, poliméricos, naturales y compuestos). Materiales sensibles a estímulos externos e inteligentes.
Tema 6. Métodos para mejorar las propiedades biológicas y funcionales de los scaffolds. Modificación superficial de scaffolds: Biofuncionalización, Modificaciones topográficas. Scaffolds 4D.

Bloque temático III: Bioimpresión 3D y 4D
Tema 7. Tecnologías de Bioimpresión: Tipos de impresoras 3D utilizadas en bioimpresión. Procesos de bioimpresión: extrusión, deposición por inyección, estereolitografía, DLP, LIFT. Materiales utilizados en bioimpresión: andamiajes, hidrogeles, células vivas, etc.
Tema 8. Desarrollo de la Bioimpresión 4D: Concepto de impresión 4D y su aplicación en biofabricación. Materiales y reactivos utilizados en la bioimpresión 4D. Potencialidad y desafíos de la bioimpresión 4D en comparación con la 3D.
Tema 9. Estrategias de Diseño en Bioimpresión: Diseño asistido por ordenador (CAD) para la bioimpresión. Optimización topológica. Consideraciones biomecánicas y biológicas en el diseño de estructuras impresas.
Bloque temático IV. Microfluídica para organs-on-a-chip.
Tema 10. Tecnologías de fabricación de dispositivos organ-on-a-chip. Etapas y procesos involucrados.


B. CLASES INTERACTIVAS - Seminarios (11 horas)
-Seminario 1. Estrategias emergentes de preparación de scaffolds 3D
-Seminario 2. Caracterización microestructural de scaffolds
-Seminario 3. Esterilización de scaffolds 2D y 3D.
-Seminario 4. Biomateriales más utilizados en el diseño de prótesis, implantes y scaffolds.
-Seminario 5. Métodos para mejorar las propiedades biológicas de los scaffolds en la ingeniería de tejidos.
-Seminario 6. Métodos de incorporación de nanoestructuras en el diseño de scaffolds.
-Seminarios 7 y 8. Bioimpresión 3D/4D. Técnicas de impresión más utilizadas. Factores a tener en cuenta. Casos prácticos de aplicaciones biomédicas.
-Seminarios 9, 10 y 11. Casos prácticos de aplicación. Caracterización de dispositivos, parámetros a tener en cuenta.

C. CLASES LABORATORIO (3 horas)
Taller sobre componentes y funcionamiento de equipamiento para preparación (bioimpresión 3D y fluidos supercríticos) y caracterización de scaffolds 2D y 3D

D. TUTORIAS
Taller de resolución de dudas de la asignatura

-Deng, Y., & Kuiper, J. (2018). Functional 3D tissue engineering scaffolds : materials, technologies and applications. Woodhead Publishing.

-Micro and Nanoengineering of the Cell Microenvironment : Technologies and Applications (2008). Ali Khademhosseini, Jeffrey Borenstein, Mehmet Toner. Artech House.

-3D Bioprinting: Principles and Protocols (2020). Jeremy M. Crook. Springer Nature.

-3D Bioprinting in Medicine (2019). Murat Guvendiren. Springer Cham

-Towards 4D Bioprinting (2023). Adrian Neagu. Academic Press

-Microfluidics and Multi Organs on Chip, P.V.Mohanan, 2022 Springer Nature Singapore, ISBN 9789811913792, 9811191379X,

-Lab-on-a-chip fabrication and application, M.Stoycheva, R. Zlatev, 2016,IntechOpen, ISBN 9535124579, 9789535124573

-Biomaterials (2014). Véronique Migonney. Wiley, 2014.

-Additive manufacturing (2021), Juan Pou, Antonio Riveiro, Paulo J Davim. Elsevier.

-Micro and Nanoengineering of the Cell Microenvironment : Technologies and Applications (2008). Ali Khademhosseini, Jeffrey Borenstein, Mehmet Toner. Artech House.

COMP23: Conocer los biomateriales con propiedades avanzadas e inteligentes, así como la obtención de capacidades para su manejo en la biofabricación.
COMP25: Conocer las principales tecnologías de fabricación y caracterización de scaffolds 2D, 3D y órganos, así como la obtención de capacidades para su aplicación en la biofabricación avanzada.

• Lección Magistral: Clases teóricas con participación de los alumnos

• Presentación con apoyo de TICs: Discusión de casos prácticos en seminarios con apoyo de métodos informáticos y pizarra

• Prácticas con apoyo de las TICs: Demostraciones de uso de software para caracterización de scaffolds en biofabricación.

• Prácticas de laboratorio: Demostraciones del uso de equipos utilizados para el desarrollo de scaffolds en biofabricación.

Las prácticas de la asignatura serán realizadas en la Universidad de Santiago de Compostela y el alumno debe desplazarse allí por sus propios medios.

La evaluación consistirá en:

• Examen de preguntas objetivas: Examen escrito sobre contenidos básicos de la materia (60% 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 clases prácticas, evaluación de presentaciones y observación sistemática (40% de la calificación). Esta evaluación se realizará en base a la participación activa en prácticas de laboratorio (10%), presentando trabajos (20%) y por observación sistemática (10%) de resolución de cuestiones y problemas planteados en clase y participación 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.