Vidrios biológicos en 3D para regenerar huesos

Los investigadores Daniel Amat, Leonor Santos-Ruiz y Raúl Rico.

Investigadores del Laboratorio de Bioingeniería y Regeneración Tisular (LABRET), ubicado en el Centro Andaluz de Nanomedicina y Biotecnología (BIONAND) de la Universidad de Málaga, han desarrollado biovidrios para construir andamios en 3D que imitan al hueso. Estas estructuras, que ya han patentado, se presentan como una alternativa a los actuales materiales para reparar fracturas, ya que facilitan la reabsorción y mejoran la fijación de las células óseas (osteblastos).

Hasta ahora, los sustitutos de hueso comerciales que se utilizan se basan en materiales cerámicos con contenido en calcio para simular la composición ósea. Sin embargo, en ocasiones presentan problemas, ya que no se reabsorben. Esto hace que queden restos que generan una zona de debilidad en el área reparada. Otras veces se absorbe antes de tiempo provocando un hueco que no se rellena de tejido. Para solventar estas dificultades los investigadores de la Universidad de Málaga, en colaboración con el Instituto de Cerámica y Vidrio de Madrid (ICV-CSIC), han ideado materiales alternativos que imitan al hueso.

En concreto, los expertos funden dos tipos de vidrio para conseguir las características biológicas que precisan en la elaboración de las estructuras óseas. “Uno nos permite conseguir materiales en tres dimensiones y el otro posibilita la incorporación de nitrógeno. Es la denominada nitruración. Un proceso que consigue mejorar su reactividad y facilitar su reabsorción, además de aumentar la velocidad de degradación de la estructura sustitutiva”, precisa a la Fundación Descubre una de las responsables del estudio, Leonor Santos-Ruiz, científica del Centro de Investigación Biomédica de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), en la Universidad de Málaga.

Material sembrado de celulas oseas

La novedad del estudio es la adición de nitrógeno al vidrio resultante. Este elemento consigue que las células identifiquen a la estructura externa como biológica. “Las proteínas son las moléculas con las que se comunican las células y este material puede interactuar directamente con las proteínas celulares. Podría decirse que, a pesar de ser inorgánico, puede hablar con las células en lenguaje biológico. Así lo reconocen y no lo rechazan”, ejemplifica la experta.

Además de esta compatibilidad, otra de las ventajas de la nitruración es la aceleración del proceso de regeneración de tejido. Según relata la investigadora, en el proceso de construcción del nuevo hueso, las células primero se adhieren a la estructura biológica externa y luego comienzan a diferenciarse en células óseas. En este caso, empiezan a especializarse incluso antes de recubrir la superficie. “Pensamos que reconocen que es un material biológico y lo hacen todo a la vez. Así, si antes tardaban dos semanas en recubrir la estructura, ahora este tiempo se reduciría a la mitad”, precisa.

Esta elevada reactividad, junto con la posibilidad de diseñar estructuras tridimensionales, aumentan las aplicaciones del nuevo biovidrido. “No sólo es factible para heridas pequeñas, lo estamos probando también en fracturas grandes”, sostiene.

Los resultados de sus ensayos in vivo en laboratorio apuntan que el biovidrio es biocompatible, se reabsorbe y no aporta productos nocivos, según explican en su estudio ‘Surface nitridation improves bone cell response to melt-derived bioactive silicate/borosilicate glass composite scaffolds’, publicado en la revista Acta Biomaterialia.

Elaborando vidrios

El proceso de elaboración del biovidrio comienza con trituración de los dos vidrios que sirven de materia prima. La idea es reducirlos a un tamaño de micras para después fundirlos en uno solo. A continuación, los expertos introducen la mezcla en un molde que contiene una esponja denominada porógeno. La espuma se retira para que quede un molde poroso tridimensional.

Biovidrio

Para imitar el hueso, el material presenta alta porosidad interconectada y resulta mecánicamente estable. Los poros interconectados resultan fundamentales en las estructuras biológicas, ya que permiten la migración y vascularización del tejido. “Además, podemos regular las características del vidrio en función del tipo de herida y su forma. Por ejemplo, en jóvenes podemos propiciar que la estructura se reabsorba antes y ralentizar el proceso cuando se trata de personas mayores”, precisa.

Este proyecto que aborda el área de los materiales biomiméticos, es decir, aquellos que simulan estructuras biológicas, es fruto de varios proyectos de la Junta de Andalucía y cuenta también con financiación del Ministerio de Economía y Competitividad.

Referencia:

Felipe Orgaz , Alexandra Dzika , Olga Szycht , Daniel Amat, Flora Barba , José Becerra, Leonor Santos-Ruiz. ‘Surface nitridation improves bone cell response to melt-derived bioactive silicate/borosilicate glass composite scaffolds’, Acta Biomaterialia.

Felipe Orgaz, Ph.D.; Daniel Amat, Ph. D.; Olga Szycht; Alekxandra Dzika; Flora Barba, Ph. D.; José Becerra, Ph. D.; Leonor Santos-Ruiz. ‘Synthesis of novel ICIE16/BSG and ICIE16/BSG-NITRI bioglasses and description of ionic release kinetics upon immersion in SBF fluid. Effect of nitridation’, Data in Brief.

Imágenes:

Los investigadores Daniel Amat,  Leonor Santos-Ruiz y Raúl Rico.

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Material sembrado de celulas oseas.

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Biovidrio.

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