El proyecto integrará la experiencia obtenida por el responsable y el grupo de trabajo relativa a la biomecánica del hueso. Reconociendo la complejidad de los materiales biológicos, que son estructuras jerárquicas, se iniciará el análisis comenzando a nivel microestructural, considerando los niveles jerárquicas inferiores (fibrillas, células, macromoléculas) como caja negra. Estos niveles proveen al tejido sus propiedades micromecánicas, las cuales se medirán experimentalmente mediante ensayos de micro y nanoindentación. Estos datos, a nivel microscópico, se complementarán con la arquitectura trabecular del hueso esponjoso, la cual será usada para reconstruir la respuesta mecánica del tejido mediante modelos de elemento finito, considerando tanto la estructura original como una estructura sintética simplificada cuyas propiedades mecánicas son representativas para el tejido original en todos sus aspectos. A ésta, se le denominará la estructura mecánicamente equivalente. A nivel mesoscopico, se utilizarán estos modelos para determinar las propiedades mecánicas del hueso esponjoso considerado como un medio homogéneo y continuo, complementando estos datos con las propiedades mecánicas del hueso compacto, obtenidas mediante pruebas mecánicas macroscópicas y microindentación instrumentada. Estos pasos aportarán los elementos para el modelado macroscópico de muestras de hueso completo. El análisis mecánico de estos huesos enteros, mediante ensayos mecánicos y extensometría eléctrica, proveerá la retroalimentación para identificar las oportunidades de refinación y mejoramiento del modelo integrado. La factibilidad de cada parte de la investigación se ha demostrado en estudios anteriores. No obstante, cada parte del proyecto presenta oportunidades para el técnico y desarrollo científico. La definición de una estructura mecánicamente equivalente en tres dimensiones mediante el concepto de celdas de Voronoi implica resolver tanto problemas de la estereología como el desarrollo de los códigos de elemento finito adecuados. El análisis de las propiedades mecánicas de los componentes microestructurales del hueso mediante ensayos de indentación instrumentada sigue una metodología conocida para metales metálicos y polímeros. Debido al campo de deformaciones relativamente complejo en la zona indentada, requiere de la técnica de modelado inverso, en el cual se emplea un modelo de elemento finito para reproducir los datos experimentales, esto a través de un ajuste sistemático de las propiedades mecánicas usadas en el modelo, lo que sigue siendo una técnica de vanguardia. Finalmente, la integración, en un sistema de cálculo versátil y eficiente, de los distintos niveles mencionados para predecir la respuesta mecánica del hueso entero, es la parte más importante del estudio. Pocos grupos han enfrentado este reto, a pesar de la gran cantidad de obras publicadas relativas a los distintos niveles jerárquicos individuales.

La meta principal es la presentación de un sistema de cómputo que, con base en una serie limitada de datos experimentales, permita hacer una predicción del comportamiento mecánico del hueso._x000D_ _x000D_ Se espera que en principio los resultados obtenidos experimentalmente y por modelado mostrarán discrepancias significativas. Sin embargo, el hecho de integrar todos los pasos anteriores en un modelo que abarca tanto la escala microscópica como la macroscópica permitirá analizar la interacción entre los diferentes niveles. De ahí se pueden determinar los pasos por seguir para mejorar la integración por un lado y perfeccionar el análisis de los niveles intermedios. Específicamente, los niveles de microestructura y micromecánica pueden transformarse en proyectos autónomos en el futuro. Asimismo, el uso del método en la investigación clínica aplicada es una ambición a futuro, la cual no se puede alcanzar sin previamente desarrollar este método y verificarlo experimentalmente._x000D_ _x000D_ En cuanto a productividad y formación de recursos humanos:_x000D_ Se publicará, al final del proyecto, un artículo describiendo la metodología integrada para la predicción de la respuesta mecánica del tejido óseo en una revista internacional de elevado prestigio. Se publicarán los resultados de los siguientes temas: -Modelado inverso de los ensayos de nano y micro indentación aplicados al tejido óseo. (Método) -Determinación de las propiedades mecánicas del tejido óseo cortical y trabecular obtenidas mediante indentación y modelado inverso. (Resultados) -Construcción y análisis mecánico de estructuras reticulares mediante la técnica de partición Voronoi, incorporando elementos viga no-lineales. -Comparición entre las propiedades mecánicas del hueso esponjoso modelado a través de la estructura mecánicamente equivalente, la estructura completa y ensayos mecánicos. Con regularidad, se reportarán los avances en congresos relativos a biomecánica y biomateriales. Graduar a 3 alumnos de doctorado (actualmente ya están trabajando en el proyecto, mostrando diferente grado de avance); incorporar y graduar a 5 de alumnos de licenciatura y 3 de maestría en el transcurso de los tres años de vigencia del proyecto. Incorporar a 8 alumnos de licenciatura a través de su proyecto de ingeniería y servicio social.