Los investigadores han regenerado con éxito huesos del cráneo dañados en ratones mediante la creación de un andamio biomimético independiente que combina una estructura piezoeléctrica y las propiedades promotoras del crecimiento de un mineral natural. El novedoso “vendaje óseo” tiene una amplia gama de aplicaciones potenciales para la regeneración ósea y la medicina regenerativa en general.
Los materiales piezoeléctricos generan una carga eléctrica en respuesta a la tensión mecánica aplicada. El hueso es un material piezoeléctrico. Debido a que posee un microambiente eléctrico, las señales eléctricas desempeñan un papel importante en el proceso de reparación ósea, lo que puede promover eficazmente la regeneración ósea. Sin embargo, la regeneración ósea es un proceso complejo que depende de componentes mecánicos, eléctricos y biológicos.
Las estrategias actuales para la regeneración ósea, como los injertos o armazones que liberan factores de crecimiento, tienen limitaciones, como complicaciones en el sitio donante, disponibilidad limitada y alto costo. Ahora, investigadores del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST) han desarrollado un enfoque pionero para la regeneración ósea que combina piezoelectricidad y un mineral que se encuentra naturalmente en el hueso.
La hidroxiapatita (HAp), un mineral presente en huesos y dientes, desempeña un papel en la resistencia estructural y la regeneración de los huesos. Comúnmente se agrega a la pasta de dientes para remineralizar el esmalte dental y fortalecer los dientes. Los estudios han encontrado que la HAp mejora la osteogénesis (formación de hueso) y proporciona un andamio para el crecimiento de hueso nuevo. También tiene propiedades piezoeléctricas y una superficie rugosa, lo que lo convierte en un candidato ideal para crear estructuras sobre las cuales crecer hueso.
Entonces, los investigadores fabricaron un andamio biomimético independiente, integrando HAp dentro del marco piezoeléctrico del fluoruro de polivinilideno.co-trifluoroetileno (P(VDF-TrFE)), una película de polímero. El andamio independiente, que genera señales eléctricas cuando se aplica presión, distingue este enfoque de investigaciones anteriores que combinan HAp y P(VDF-TrFE), que se limitaban a recubrimientos sobre prótesis metálicas. Según ellos, el novedoso enfoque de los investigadores proporciona una plataforma versátil para la regeneración ósea más allá de las aplicaciones superficiales.
Comparación de andamios con y sin HAp in vitro demostró que la unión celular a los andamios de HAp era entre un 10% y un 15% mayor. Después de cinco días de cultivo celular, la proliferación celular fue entre un 20% y un 30% mayor y hubo aproximadamente entre un 30% y un 40% más niveles de osteogénesis en las estructuras de HAp. Los hallazgos sugieren que HAp maximiza las propiedades piezoeléctricas de la estructura y crea un entorno similar a la matriz extracelular del cuerpo, el componente no celular de todos los tejidos que proporciona la estructura física esencial y las señales importantes necesarias para la regeneración del tejido.
Joo et al.
Luego, los investigadores probaron sus armazones HAp/P (VDF-TrFE) en ratones, colocándolos sobre defectos en los huesos del cráneo de los animales (calvaria). Los andamios se mantuvieron durante seis semanas sin deformación. Todos los ratones sobrevivieron; no se observaron eventos adversos, incluida ninguna infección o respuesta inflamatoria. Después de dos, cuatro y seis semanas de implantación, la regeneración ósea mejoró significativamente en los ratones a los que se les colocaron estructuras de HAp en comparación con ninguna formación ósea en los grupos de control.
«Hemos desarrollado un material compuesto piezoeléctrico basado en HAp que puede actuar como un ‘vendaje óseo’ gracias a su capacidad para acelerar la regeneración ósea», afirmó Seungbum Hong, uno de los autores correspondientes del estudio. «Esta investigación no sólo sugiere una nueva dirección para el diseño de biomateriales, sino que también es importante porque ha explorado los efectos de la piezoelectricidad y las propiedades de la superficie en la regeneración ósea».
El estudio fue publicado en la revista Interfaces y materiales aplicados de ACS.
Fuente: kaist
