BIOMATERIALS
Titulación:GradoenIngenieríaBiomédica
Curso:2do
Trimestre:2do
NumerodecréditosECTS:4créditos
Lenguaolenguasdeladocencia:castellanoocatalán,einglés
Coordinador:JérômeNoailly
1.Presentacióndelaasignatura
Los biomateriales son piezas claves en medicina reparativa, y más recientemente en el
desarrollo de nuevas estrategias para tratamientos regenerativos del cuerpo humano.
Puedenserbioinertes,bioactivos,permanentesoreabsorbibles.Idealmente,eldiseñoola
selección de un biomaterial debe ser guiado por un conocimiento objetivo de los
mecanismos de interacción entre el material implantado y el sistema biofísico del
receptor. Estos mecanismos involucran fenómenos multifísicos, químicos y biológicos,
cuyoabarquerequierepluridisciplinaridadytrabajoenequipo.
De acuerdo con el enfoque general del Grado en Ingeniería Biomédica de la Universitat
Pompeu Fabra, la teoría (16 h mínimo) de la asignatura se centrará sobretodo en los
aspectos multifísicos. Éstos son de particular relevancia para el tratamiento del sistema
musculoesquelético. Los aspectos biológicos, químicos, y clínicos serán tratados a través
deseminarios(8h)impartidosporespecialistasencadacampo.Untrabajopractico(8h
mínimo) servirá para integrar los conocimientos adquiridos a lo largo del curso para la
resolucióndecasosconcretos.
Lateoríasecentraráprimeroendescribirlaspropriedadesfuncionalesdelosdiferentes
tejidos del sistema musculoesquelético, relacionando composición, estructura,
comportamiento multifísico, y aspectos biológicos básicos. En segundo lugar, se hará un
repaso de los grandes tipos de biomateriales usados en medicina reparativa, y las
características de estos materiales se compararán con las de los tejidos previamente
estudiados. El análisis cuantitativo de estas características combinará la teoría de la
mecánicadelosmedioscontinuosconmodelosespecíficosdemecánicadelosmateriales.
2.Objetivosycompetenciasaalcanzar
El objetivo general de la asignatura es introducir al estudiante en el conocimiento y
aplicaciones de diversos materiales cuya finalidad es ser implantados de manera
permanenteotemporalensistemasbiológicospararepararosustituirtejidosvivosysus
funciones.
Comocompetenciasespecificaspuedenmencionarse:
•
•
•
Relacionarcomposición,estructurayfunciónparalostejidos.
Relacionaractividadcelularcaracterísticaycomportamientofísicodelostejidos
Cuantificar respuesta mecánica a partir del conocimiento de las propiedades
físico-químicasdeunmaterial.
1/3
•
Hacerunapreselección/prediseñodeunbiomaterialapartirdelascaracterísticas
físico-químicas deseadas para una aplicación concreta de medicina reparativa o
regenerativa
3.Contenidosydistribucióndetiempodocente
3.1.Teoría
•
•
•
•
•
•
Introducción:Propiedadesdelostejidosybiofísica–Definicióndeunbiomaterial
ydelabiocompatibilidad(2h)
Hueso:función,composición,estructura,propiedadesfísicas,biología(2-3h)
Ligamentos y tendones: función, composición, estructura, propiedades físicas,
biología(2-3h)
Cartílago:función,composición,estructura,propiedadesfísicas,biología(2-3h)
Ecuaciones constitutivas de comportamiento de materiales: elasticidad lineal,
ortotropía, teoría de mezclas, elasticidad no lineal, viscoelasticidad y
poroelasticidad(4h)
Familias de materiales no biológicos para la medicina reparativa: metales,
cerámicos,polímeros,compuestos(3-4h)
3.2.Practicas
Por grupos de cuatro estudiantes, se realizará un estudio de 8-10 h de selección de un
material para la reparación de un tejido específico. Se determinarán las simplificaciones
de los problemas a tratar para su resolución con métodos numéricos (Código elementos
finitosFEBio,Matlab).Enunprimerlugar,semodelizaráeltejidodeinterés,incorporando
la características físicas y geométricas las más relevantes. En un segundo lugar, se
seleccionará un tipo de material para implantar virtualmente en el modelo, y se
seleccionarálaecuaciónconstitutivaquemejorrepresentaestematerial.Conunalgoritmo
deoptimizaciónnumérica,sedeterminaránlaspropiedadesqueidealmenteelbiomaterial
debería tener para ajustarse lo mejor posible al comportamiento del tejido que debe
reparar/sustituir. Finalmente, se buscará en la literatura y en casas comerciales qué
solucionesexisten,paraevaluarlocompromisosquesenecesiten,laslimitacionesdelas
solucionesactuales,yproponerideadenuevosdesarrollos.Todoelloseconsignaráenun
informefinal,entregadoalprofesoryevaluado.
3.3.Seminarios
Losseminariosseránpresentacionesde2hdecasosprácticosdeaplicaciónydiseñosde
diferentestiposdebiomateriales,conunenfoqueespecialenlabiologíaycasosclínicos.
Cada estudiante deberá resumir cada seminario, y los contenidos de los seminarios
podrán ser temas de preguntas de examen. Cuando hayan correspondencias entre un
seminarioyunproyectodepractica,elconocimientoaportadoporelseminariodeberáser
recogidoenelinformedepracticas.
2/3
4.Evaluación
•
•
Examenfinaldeloscontenidosteóricos(incluyendoseminarios)delaasignatura
(60%delanotafinal).
Prácticas/Informedepracticas(40%delanotafinal).
5.Bibliografía
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Biomateriales:aquíyahora.M.ValletRegi,L.Munuera.Madrid:Dykinson,2000,
pg.266.
Fundamentosdebiomecánicaybiomateriales.I.Proubasta,J.GilMur,J.A.Planell.
Madrid,Ergón,1997,pg.375.
Biomateriales.Editores:R.Sastre,S.deAza,J.SanRomán.Pg.522.
Biomechanics.Y.C.Fung.Springer-VerlagNewYork,Inc.1993,pg.559
PrinciplesofHumanJointReplacement.F.FBuechel,M.J.Pappas.Springer-Verlag
Berlin,2011,pg.322.
Leccionesdematerialesbiológicosybiomateriales.J.PérezRigueiro.Publicación
delDepartamentodeCienciasdeMateriales,ETSIC,UniversidadPolitécnicade
Madrid,2007,pg.339.
BiomaterialsforSpinalSurgery-PartI:FundamentalsofBiomaterialsforSpinal
Surgery.AmbrosioL,TannerKE(eds).WoodheadPublishingLtd,Cambridge
ComputationalModellingofBiomechanicsandBiotribologyintheMusculoskeletal
System.ZhongminJ(ed).WoodheadPublishingLtd,Cambridge
BoneMechanicsHandbook.CowinSC(ed).CRCPress,BocaRaton,FL,United
StatesofAmerica
3/3