Una nueva biocerámica nanocomposite para regeneración tisular ósea

Resumen

La Tesis Doctoral titulada Una nueva biocerámica nanocomposite para regeneración tisular ósea muestra la síntesis, caracterización y evaluación de un nuevo material nanocomposite denominado MGHA, formado por un vidrio mesoporoso en el sistema silicio-calcio-fósforo con nanopartículas de apatita nanocristalina embebidas homogéneamente en las paredes del vidrio mesoporoso. La incorporación de estas nanopartículas no afecta a las propiedades texturales y estructurales del vidrio mesoporoso ni a su comportamiento bioactivo. Asimismo, la presencia de apatita nanocristalina incrementa la biocompatibilidad del material y estimula notablemente la proliferación celular. Este nuevo material nanocomposite ha sido conformado por la técnica de prototipado rápido (robocasting) en andamios tridimensionales de porosidad jerarquizada e interconectada con posible aplicación en regeneración tisular ósea. Los estudios realizados in vitro con preosteoblastos cultivados sobre andamios MGHA indican una adecuada adhesión, proliferación y diferenciación celular, además de la colonización de toda la superficie útil del andamio por este tipo celular. El estudio de la interacción de andamios MGHA con células primarias de bazo de ratón implicadas en la respuesta inmune ha demostrado que dichos andamios no producen alteraciones significativas en la activación in vitro de macrófagos, linfocitos B, linfocitos T ni células natural killer, poniendo de manifiesto la excelente biocompatibilidad de los andamios MGHA, lo que permite predecir una adecuada respuesta de los tejidos adyacentes después de su implantación in vivo. La aminopropil funcionalización de la superficie de los andamios MGHA mejora notablemente la adhesión, proliferación (dos veces superior) y diferenciación (cinco veces superior) de preosteoblastos, así como la colonización celular en toda la superficie del soporte. Este sencillo y efectivo proceso de amino funcionalización de andamios MGHA podría ser una alternativa encaminada a la mejora de las propiedades superficiales de andamios con aplicación en ingeniería tisular ósea. Las características mesoestructurales del material nanocomposite MGHA permiten la incorporación y posterior liberación local de agentes antimicrobianos para la prevención y tratamiento de posibles procesos de infección derivados de los implantes. Estudios comparativos de las diferentes metodologías de carga de agentes antimicrobianos en materiales mesoestructurados como la impregnación (IP) y la carga de fármaco asistido por surfactante (One-Pot, OP) han puesto de manifiesto: (i) el papel crítico del proceso de calcinación de estas matrices; (ii) diferentes repuestas celulares a estas matrices dependiendo del tipo celular (osteoblastos y fibroblastos) evidenciando que las células podrían detectar pequeños cambios en el entorno local de sílice y la presencia de etanol residual; (iii) similares perfiles de liberación de levofloxacino acorde a un modelo de difusión de Higuchi; (iv) efectividad antimicrobiana del levofloxacino liberado desde ambas matrices basadas en las diferentes metodologías estudiadas. Los resultados obtenidos en los estudios de biocompatibilidad ponen de manifiesto la necesidad de un riguroso control en el diseño de este tipo de matrices para la liberación controlada de fármacos dependiendo de su aplicación biomédica y de los tipos celulares con los que vayan a entrar en contacto. Los andamios del nanocomposite MGHA cargados con levofloxacino por el método de impregnación muestran una liberación pH dependiente siguiendo un modelo simple que combina los procesos de difusión con las interacciones existentes entre fármaco y matriz. La actividad antimicrobiana de estos andamios frente a S. aureus y E. coli demuestra una excelente efectividad prolongada durante diez días. Estudios de biocompatibilidad de los mismos no muestran ningún efecto citotóxico sobre osteoblastos, incluso en los tiempos en los cuales se ha liberado la mayor dosis de fármaco.