Crecimiento de una Sección de Hueso Largo Basado en Cristales Inorgánicos de Hidroxiapatita como Autómatas Celulares
Autores: Acosta, César Renán; Martín, Irma; Rivadeneyra, Gabriela
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Crecimiento de una Sección de Hueso Largo Basado en Cristales Inorgánicos de Hidroxiapatita como Autómatas Celulares
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas aplicadas
Palabras clave
Exploración
Componente mineral esquelético
Ensamblaje de cristales de hidroxiapatita
Hueso
Biomaterial tripásico
Paradigma de autómatas celulares
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 26
Citaciones: Sin citaciones
Este trabajo explora la morfogénesis del componente mineral esquelético, con un énfasis específico en el ensamblaje de cristales de hidroxiapatita (HAp). El hueso es fundamentalmente un biomaterial tripásico, que consiste en una fase mineral inorgánica, una matriz orgánica y un componente acuoso. La fase inorgánica (hidroxiapatita) se caracteriza por su estructura nanocristalina prismática hexagonal. Aprovechamos un paradigma de autómatas celulares (CA) para simular computacionalmente el proceso de mineralización, lo que lleva a la formación del marco de hidroxiapatita del hueso. Este modelo considera exclusivamente los aspectos fisicoquímicos de la formación ósea, excluyendo intencionadamente las interacciones biológicas que rigen el desarrollo esquelético in vivo. Para optimizar la eficiencia computacional, se modela un segmento anatómico simplificado de un hueso largo (por ejemplo, el fémur). Esta simplificación geométrica abarca un límite cilíndrico elipsoidal exterior (envoltura periosteal), una superficie elipsoidal interior que define la interfaz entre el hueso cortical y el hueso esponjoso, y un lumen cilíndrico circular central que representa la cavidad medular, que alberga la médula ósea y la vasculatura primaria. La metodología CA se aplica para generar la microarquitectura interna del hueso, omitiendo deliberadamente el diseño de canales vasculares secundarios más pequeños.
Descripción
Este trabajo explora la morfogénesis del componente mineral esquelético, con un énfasis específico en el ensamblaje de cristales de hidroxiapatita (HAp). El hueso es fundamentalmente un biomaterial tripásico, que consiste en una fase mineral inorgánica, una matriz orgánica y un componente acuoso. La fase inorgánica (hidroxiapatita) se caracteriza por su estructura nanocristalina prismática hexagonal. Aprovechamos un paradigma de autómatas celulares (CA) para simular computacionalmente el proceso de mineralización, lo que lleva a la formación del marco de hidroxiapatita del hueso. Este modelo considera exclusivamente los aspectos fisicoquímicos de la formación ósea, excluyendo intencionadamente las interacciones biológicas que rigen el desarrollo esquelético in vivo. Para optimizar la eficiencia computacional, se modela un segmento anatómico simplificado de un hueso largo (por ejemplo, el fémur). Esta simplificación geométrica abarca un límite cilíndrico elipsoidal exterior (envoltura periosteal), una superficie elipsoidal interior que define la interfaz entre el hueso cortical y el hueso esponjoso, y un lumen cilíndrico circular central que representa la cavidad medular, que alberga la médula ósea y la vasculatura primaria. La metodología CA se aplica para generar la microarquitectura interna del hueso, omitiendo deliberadamente el diseño de canales vasculares secundarios más pequeños.