Identificación de proteínas osteogénicas mediante análisis In Sílico para su aplicación en el diseño de un implante mandibular hecho a la medida

dc.contributor.advisorRodríguez Sáenz, Álvaro Andrés
dc.contributor.advisorMunévar Niño, Juan Carlos
dc.contributor.advisorRomero Oyuela, Amparo Stefanny
dc.contributor.advisorMontoya Hernández, Jenny Andrea
dc.contributor.authorLópez Porras, Angie Kamila
dc.contributor.orcidLópez Porras, Angie Kamila [0009-0000-6339-1254]
dc.date.accessioned2024-12-13T19:56:20Z
dc.date.available2024-12-13T19:56:20Z
dc.date.issued2024-11
dc.description.abstractAntecedentes: La reconstrucción de defectos críticos en el complejo craneofacial presenta desafíos importantes debido a la ausencia de métodos efectivos para optimizar la regeneración ósea. Actualmente, existe una brecha en el uso de células madre dentales humanas (hDPSCs) combinadas con andamios biocompatibles y señales bioquímicas. Este estudio aborda estas limitaciones mediante un análisis in silico, ofreciendo soluciones innovadoras en odontología regenerativa. Objetivo: Determinar el diseño óptimo de un implante mandibular personalizado para la reconstrucción de un defecto óseo de tamaño crítico mediante análisis in silico. Metodología: Este estudio se centró en la identificación de proteínas osteogénicas mediante análisis in silico utilizando la plataforma STRING, explorando redes funcionales y asociaciones entre factores de crecimiento osteogénicos y el secretoma de las células madre dentales (hDPSCs). Se aplicaron criterios de inclusión y exclusión para seleccionar las proteínas más relevantes, identificando aquellas sobreexpresadas o subexpresadas en hDPSCs. Con base en los resultados, se diseñó un implante mandibular personalizado utilizando los softwares Nemofab y Geomagic, partiendo de imágenes obtenidas de una tomografía computarizada (TC) del paciente. Estas imágenes fueron importadas al software CAD para modelar el implante con precisión, seguido por manufactura asistida por computadora (CAM) para su producción. Finalmente, se empleó realidad aumentada para simular la colocación del implante en un entorno virtual que replicó la anatomía específica del paciente, permitiendo una evaluación prequirúrgica detallada y ajustes precisos. Este enfoque busca optimizar la regeneración ósea y proporcionar soluciones innovadoras en odontología regenerativa. Resultados: El análisis in silico demostró que las hDPSCs tienen un potencial osteogénico superior, consolidándose como una opción prometedora para la regeneración ósea en defectos críticos. Además, la incorporación de proteínas morfogenéticas óseas (BMP-2) aceleró significativamente los procesos de osificación, promoviendo la formación de nuevo tejido. La integración de estas herramientas avanzadas mejoró la visualización y planificación quirúrgica, incrementando la precisión y seguridad del procedimiento. La exitosa aplicación en un caso clínico real valida la aplicabilidad práctica del proyecto, con impacto directo en la salud del paciente. Conclusiones: Este análisis in sílico confirma que las hDPSCs representan una alternativa efectiva para la regeneración ósea en defectos críticos. La interacción entre las hDPSCs y BMP-2 potencia los procesos de osificación, estableciéndose como una estrategia innovadora en ingeniería tisular. El uso de tecnologías emergentes como inteligencia artificial y realidad virtual mejora la precisión quirúrgica, demostrando relevancia práctica en la planificación y ejecución de implantes personalizados. Además, esta investigación subraya la importancia de la colaboración multidisciplinaria y avanza la medicina regenerativa personalizada, proporcionando un modelo pedagógico para futuras investigaciones. En conjunto, ofrece soluciones novedosas en cirugía maxilofacial con un impacto significativo en la práctica clínica.
dc.description.abstractenglishBackground: Reconstruction of critical defects in the craniofacial complex presents significant challenges due to the absence of effective methods to optimize bone regeneration. Currently, a gap exists in the use of human dental stem cells (hDPSCs) combined with biocompatible scaffolds and biochemical signals. This study addresses these limitations through in silico analysis, offering innovative solutions in regenerative dentistry. Aim: To determine the optimal design of a customized mandibular implant for the reconstruction of a critical-size bone defect by in silico analysis. Methods: This study focused on the identification of osteogenic proteins by in silico analysis using the STRING platform, exploring functional networks and associations between osteogenic growth factors and the secretome of dental stem cells (hDPSCs). Inclusion and exclusion criteria were applied to select the most relevant proteins, identifying those over- or underexpressed in hDPSCs. Based on the results, a customized mandibular implant was designed using Nemofab and Geomagic software, starting from images obtained from a computed tomography (CT) scan of the patient. These images were imported into CAD software to accurately model the implant, followed by computer-aided manufacturing (CAM) for its production. Finally, augmented reality was used to simulate implant placement in a virtual environment that replicated the patient's specific anatomy, allowing for detailed pre-surgical evaluation and fine- tuning. This approach aims to optimize bone regeneration and provide innovative solutions in regenerative dentistry. Results: In silico analysis demonstrated that hDPSCs have superior osteogenic potential, consolidating them as a promising option for bone regeneration in critical defects. In addition, incorporating bone morphogenetic proteins (BMP-2) significantly accelerated the ossification processes, promoting the formation of new tissue. The integration of these advanced tools improved surgical visualization and planning, increasing the procedure's accuracy and safety. The successful application in a real clinical case validates the project's practical applicability, with a direct impact on patient health. Conclusions: This in silico analysis confirms that hDPSCs represent an effective alternative for bone regeneration in critical defects. The interaction between hDPSCs and BMP-2 enhances ossification processes, establishing itself as an innovative strategy in tissue engineering. Emerging technologies such as artificial intelligence and virtual reality improve surgical precision, demonstrating practical relevance in planning and executing customized implants. In addition, this research underscores the importance of multidisciplinary collaboration and advances personalized regenerative medicine, providing a pedagogical model for future research. Overall, it offers novel solutions in maxillofacial surgery with a significant impact on clinical practice.
dc.description.degreelevelPregradospa
dc.description.degreenameOdontólogospa
dc.description.sponsorshipGrupo de Investigación UNIECLO - Unidad de Epidemiología Clínica Oral.
dc.description.sponsorshipGrupo de Investigación UIBO - Unidad de Investigación Básica Oral.
dc.description.sponsorshipGrupo de Investigación UMIMC - Unidad de Manejo Integral de Malformaciones Craneofaciales
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameinstname:Universidad El Bosquespa
dc.identifier.reponamereponame:Repositorio Institucional Universidad El Bosquespa
dc.identifier.repourlrepourl:https://repositorio.unbosque.edu.co
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.12495/13713
dc.language.isoes
dc.publisher.facultyFacultad de Odontologíaspa
dc.publisher.grantorUniversidad El Bosquespa
dc.publisher.programOdontologíaspa
dc.relation.references1. Aghali A. Craniofacial Bone Tissue Engineering: Current Approaches and Potential Therapy. Cells. 2021 Nov 3;10(11):2993. doi:10.3390/cells10112993.
dc.relation.references2. Bojedla SSR, Yeleswarapu S, Alwala AM, Nikzad M, Masood SH, Riza S, Pati F. Three-Dimensional Printing of Customized Scaffolds with Polycaprolactone-Silk Fibroin Composites and Integration of Gingival Tissue-Derived Stem Cells for Personalized Bone Therapy. ACS Appl Bio Mater. 2022 Sep 19;5(9):4465-4479. doi: 10.1021/acsabm.2c00560. Epub 2022 Aug 22. PMID: 35994743. 10.1021/acsabm.2c00560 .
dc.relation.references3. Botelho J, Cavacas MA, Machado V, Mendes JJ. Dental stem cells: Recent progress in tissue engineering and regenerative medicine. Ann Med. 2017;49(8):644-651. doi:10.1080/07853890.2017.1347705.
dc.relation.references4. Cárdenas C, Almeida F, Simón A, De Leyva P, Ranz A, Ley L, Julio A. Custom CAD/CAM Peek Implants for Complex Orbitocranial Reconstruction: Our Experience with 15 Patients. J Clin Med. 2024 Jan 25;3.
dc.relation.references5. Chen Q, Thouas GA. Metallic implant biomaterials. Mater Sci Eng R. 2015;87:1–57. doi:10.1016/j.mser.2014.10.001.
dc.relation.references6. Christensen A, FSME. Chapter 1 - An Abbreviated History of Medical 3D Printing. In: 3D Printing for the Radiologist. 2022. p. 1-10. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-77573-1.00009-9.
dc.relation.references7. Cui Y, Lu C, Chen B, Han J, Zhao Y, Xiao Z, Han S, Pan J. Restoration of mandibular bone defects with demineralized bone matrix combined with three-dimensional cultured bone marrow-derived mesenchymal stem cells in minipig models. J Mater Sci Mater Med. 2018;29(9):147-. doi:10.1007/s10856-018-6152-3.
dc.relation.references8. De Colli M, Radunovic M, Zizzari VL, Di Giacomo V, Di Nisio C, Piattelli A, et al. Osteoblastic differentiating potential of dental pulp stem cells in vitro cultured on a chemically modified microrough titanium surface. Dent Mater J. 2018;37(2):197–205. doi:10.4012/dmj.2016-418.
dc.relation.references9. Desai AP, Sahoo N, Pal AK, Roy Chowdhury SK. Efficacy of Platelet-Rich Plasma in Enhancing the Osteogenic Potential of Bone Graft in Oral and Maxillofacial Region. J Maxillofac Oral Surg. 2021 Apr-Jun;20(2):282-295. doi:10.1007/s12663-020-01378-z.
dc.relation.references10. Doiphode AM, Hegde P, Mahindra U, Kumar SM, Tenglikar PD, Tripathi V. Evaluation of the efficacy of platelet-rich plasma and platelet-rich fibrin in alveolar defects after removal of impacted bilateral mandibular third molars. J Int Soc Prevent Communit Dent. 2016 Apr;6(Suppl 1):S47-S52. doi:10.4103/2231-0762.181167.
dc.relation.references11. Ferrarotti F, Romano F, Gamba MN, Quirico A, Giraudi M, Audagna M, et al. Human intrabony defect regeneration with micro-grafts containing dental pulp stem cells: A randomized controlled clinical trial. J Clin Periodontol. 2018;45(10):1158–70. doi:10.1111/jcpe.12931.
dc.relation.references12. Fitzpatrick V, Martín-Moldes Z, Deck A, Torres-Sanchez R, Valat A, Cairns D, Li C, Kaplan DL. Functionalized 3D-printed silk-hydroxyapatite scaffolds for enhanced bone regeneration with innervation and vascularization. Biomaterials. 2021 Sep;276:120995. doi:10.1016/j.biomaterials.2021.120995.
dc.relation.references13. Glas HH, Vosselman N, de Visscher SAH. The use of 3D virtual surgical planning and computer-aided design in reconstruction of maxillary surgical defects. Curr Opin Otolaryngol Head Neck Surg. 2020;28(2):122–128. doi:10.1097/MOO.0000000000000618.
dc.relation.references14. Gómez Valencia, Alejandro. EAFIT y CES reciben nueva patente por una invención en bioingeniería. EAFIT Noticias [internet]. Diciembre 09 del 2019. Disponible en: https://www.eafit.edu.co/noticias/agenciadenoticias/2019/eafit-y-ces-reciben-nueva-patente-por-una-invencion-en-bioingenieria.
dc.relation.references15. Goto N, Fujimoto K, Fujii S, Ida-Yonemochi H, Ohshima H, Kawamoto T, et al. Role of MSX1 in osteogenic differentiation of human dental pulp stem cells. Stem Cells Int. 2016;2016:8035759. doi:10.1155/2016/8035759.
dc.relation.references16. Ha SH, Choi JY. Restoration of facial bone defect using patient-specific implant. J Craniofac Surg. 2022 Oct;33(7):2063-2066. doi:10.1097/SCS.0000000000008551.
dc.relation.references17. Hatamleh MM. Preparation and in vitro analysis of craniofacial titanium implant surfaces produced by additive 3D printing and conventional manufacturing. Craniomaxillofac Trauma Reconstr. 2021;14(3):224–30. doi:10.1177/1943387520970792.
dc.relation.references18. Herberg S, Varghai D, Cheng Y, Dikina AD, Dang PN, Rolle MW, Alsberg E. High-density human mesenchymal stem cell rings with spatiotemporally-controlled morphogen presentation as building blocks for engineering bone diaphyseal tissue. Nanotheranostics. 2018;2(2):128-143.
dc.relation.references19. Hollister SJ, Lin CY, Saito E, Lin CY, Schek RD, Taboas JM, Williams JM, Partee B, Flanagan CL, Diggs A, Wilke EN, Van Lenthe GH, Müller R, Wirtz T, Das S, Feinberg SE, Krebsbach PH. Engineering craniofacial scaffolds. Orthod Craniofac Res. 2005 Aug;8(3):162-73. doi: 10.1111/j.1601-6343.2005.00329.x. PMID: 16022718.
dc.relation.references20. Jin Q, Yuan K, Lin W, Niu C, Ma R, Huang Z. Comparative characterization of mesenchymal stem cells from human dental pulp and adipose tissue for bone regeneration potential. Artif Cells Nanomed Biotechnol. 2019;47(1):1577-1584. doi:10.1080/21691401.2019.1594861.
dc.relation.references21. Kattimani VS, Kondaka S, Lingamaneni KP. Hydroxyapatite—Past, present, and future in bone regeneration. Bone Tissue Regen Insights. 2016;7:9-19. doi:10.4137/BTRI.S36138.
dc.relation.references22. Li Q, Wang T, Zhang GF, Yu X, Zhang J, Zhou G, Tang ZH. A comparative evaluation of the mechanical properties of two calcium phosphate/collagen composite materials and their osteogenic effects on adipose-derived stem cells. Stem Cells Int. 2016;2016:6409546. doi:10.1155/2016/6409546.
dc.relation.references23. Mangano C, De Rosa A, Desiderio V, d’Aquino R, Piattelli A, De Francesco F, et al. The osteoblastic differentiation of dental pulp stem cells and bone formation on different titanium surface textures. Biomaterials. 2010;31(13):3543–51. doi:10.1016/j.biomaterials.2010.01.056.
dc.relation.references24. Okajcekova T, Strnadel J, Pokusa M, Zahumenska R, Janickova M, Halasova E, Skovierova H. A comparative in vitro analysis of the osteogenic potential of human dental pulp stem cells using various differentiation conditions. Int J Mol Sci. 2020 Mar 26;21(7):2280. doi: 10.3390/ijms21072280. PMID: 32224849; PMCID: PMC7177908.
dc.relation.references25. Potdar PD, Jethmalani YD. Human dental pulp stem cells: Applications in future regenerative medicine. World J Stem Cells. 2015 Jun;7(5):839-851. doi:10.4252/wjsc.v7.i5.839.
dc.relation.references26. Rahman MS, Rana MM, Spitzhorn LS, Akhtar N, Hasan MZ, Choudhury N, Fehm T, Czernuszka JT, Adjaye J, Asaduzzaman SM. Fabrication of biocompatible porous scaffolds based on hydroxyapatite/collagen/chitosan composite for restoration of defected maxillofacial mandible bone. Prog Biomater. 2019 Sep;8(3):137-154. doi: 10.1007/s40204-019-0113-x. Epub 2019 May 29. PMID: 31144260; PMCID: PMC6825626.
dc.relation.references27. Saponaro G, Paolantonio C, Barbera G, Foresta E, Gasparini G, Moro A. Our problems and observations in 3D facial implant planning. Maxillofac Plast Reconstr Surg. 2022;44(1):32. doi:10.1186/s40902-022-00362-6.
dc.relation.references28. Seier, T., Hingsammer, L., Schumann, P., Gander, T., Rücker, M., & Lanzer, M. (2020). Virtual planning, simultaneous dental implantation and CAD/CAM plate fixation: a paradigm change in maxillofacial reconstruction. International journal of oral and maxillofacial surgery, 49(7), 854–861. https://doi.org/10.1016/j.ijom.2019.11.010.
dc.relation.references29. Smith DM, Cooper GM, Mooney MP, Marra KG, Losee JE. Bone morphogenetic protein 2 therapy for craniofacial surgery. J Craniofac Surg. 2008 Sep;19(5):1244-59. doi:10.1097/SCS.0b013e3181843312. PMID: 18812847.
dc.relation.references30. Tanveer, W., Ridwan-Pramana, A., Molinero-Mourelle, P., & Forouzanfar, T. (2021). Systematic Review of Clinical Applications of CAD/CAM Technology for Craniofacial Implants Placement and Manufacturing of Orbital Prostheses. International journal of environmental research and public health, 18(21), 11349. https://doi.org/10.3390/ijerph182111349.
dc.relation.references31. Taseef Hasan Farook, Nafij Bin Jamayet, Johari Yap Abdullah, Jawaad Ahmed Asif, Zainul Ahmad Rajion, Mohammad Khursheed Alam. Designing 3D prosthetic templates for maxillofacial defect rehabilitation: A comparative analysis of different virtual workflows. Comput Biol Med ., Volume 118, 2020, 103646, ISSN 0010-4825, https://doi.org/10.1016/j.compbiomed.2020.103646.
dc.relation.references32. Tevlin R, McArdle A, Atashroo D, Walmsley GG, Senarath-Yapa K, Zielins ER, et al. Advances in biomaterial scaffold design and fabrication for craniofacial reconstruction. J Dent Res. 2014 Dec;93(12):1187-1195. doi:10.1177/0022034514547271.
dc.relation.references33. Xing Wang, Xia Wu, Helin Xing, Guilan Zhang, Quan Shi, Lingling E, Na Liu, Tingyuan Yang, Dongsheng Wang, Feng Qi, Lianyan Wang, and Hongchen Liu. Porous Nanohydroxyapatite/Collagen Scaffolds Loading Insulin PLGA Particles for Restoration of Critical Size Bone Defect. ACS Applied Materials & Interfaces 2017 9 (13), 11380-11391. DOI: 10.1021/acsami.6b13566.
dc.rightsAtribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional
dc.rights.accessrightshttps://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.localAcceso abiertospa
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
dc.subjectIn Sílico
dc.subjectCélulas madre dentales
dc.subjectImpresión tridimensional
dc.subjectImplante hecho a la medida
dc.subject.keywordsIn silico
dc.subject.keywordsDental stem cells
dc.subject.keywordsThree-dimensional Impression
dc.subject.keywordsCustom Implant
dc.subject.nlmWU 100
dc.titleIdentificación de proteínas osteogénicas mediante análisis In Sílico para su aplicación en el diseño de un implante mandibular hecho a la medida
dc.title.translatedIdentification of osteogenic proteins by In Silico analysis for application in the design of a custom-made mandibular implant
dc.type.coarhttps://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.coarversionhttps://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85
dc.type.driverinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis
dc.type.hasversioninfo:eu-repo/semantics/acceptedVersion
dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregradospa

Archivos

Bloque original
Mostrando 1 - 1 de 1
Cargando...
Miniatura
Nombre:
Trabajo final
Tamaño:
1.76 MB
Formato:
Adobe Portable Document Format
Bloque de licencias
Mostrando 1 - 4 de 4
No hay miniatura disponible
Nombre:
license.txt
Tamaño:
1.95 KB
Formato:
Item-specific license agreed upon to submission
Descripción:
No hay miniatura disponible
Nombre:
Anexo 1. Acta de aprobacion.pdf
Tamaño:
172.28 KB
Formato:
Adobe Portable Document Format
Descripción:
No hay miniatura disponible
Nombre:
Anexo 2. Formato de informacion.pdf
Tamaño:
251.33 KB
Formato:
Adobe Portable Document Format
Descripción:
No hay miniatura disponible
Nombre:
Carta autorizacion.pdf
Tamaño:
199 KB
Formato:
Adobe Portable Document Format
Descripción:

Colecciones