Vidrios mesoporosos bioactivos para el tratamiento de patologías óseas

Resumen

La presente tesis doctoral tiene como objetivo la obtención de vidrios mesoporosos bioactivos, denominados con sus siglas MBGs, para ser utilizados en el tratamiento de defectos óseos asociados a patologías del tejido óseo. La motivación de este trabajo surge de la demanda de terapias regenerativas para el tratamiento de defectos óseos derivados de enfermedades como la osteoporosis, la infección o el cáncer. Hoy en día, relacionado con el envejecimiento de la población, ha surgido la necesidad de diseñar materiales que favorezcan la regeneración ósea frente a los diseñados para su sustitución. En este sentido las biocerámicas bioactivas de tercera generación, en las que se engloban los MBGs presentan propiedades que favorecen la regeneración de defectos en el hueso promoviendo la restauración y reparación de los mismos. En la presente tesis hemos abordado este objetivo siguiendo tres estrategias, que se pueden resumir en la optimización de las propiedades químicas y de la estructura porosa para determinar las composiciones químicas y propiedades texturales más adecuadas para favorecer la regeneración ósea y el comportamiento celular. La obtención de MBGs con capacidad regenerativa para tratamiento o prevención secundaria de tumores óseos e infecciones en el hueso y la preparación de andamios macroporosos de MBGs para regeneración de hueso en pacientes osteoporóticos. Usando el método de autoensamblaje inducido por evaporación se han preparado MBGs a partir de la incorporación de un agente director de estructura. Se ha obtenido un conjunto de MBGs a partir del uso de diferentes surfactantes no iónicos dentro de la misma composición química, lo que ha dado lugar un conjunto de materiales con diferentes estructuras y propiedades texturales. Los MBGs con tamaños de mesoporo menores favorecen el intercambio iónico con el medio, siendo más bioactivos y presentando un mejor comportamiento con células preosteoblásticas. A partir de la optimización de estas propiedades se han realizado estudios celulares con diferentes líneas celulares mostrando que materiales con ciertas composiciones químicas y estructuras presentan elevada biocompatibilidad celular, reduce la actividad de los osteoclastos, pero no inhibió la osteoclastogenesis, lo que evitaría situaciones de hueso adinámico al ser implantados y no favorece la diferenciación de los macrófagos a fenotipo proinflamatorio M1, lo que sería indicativo de que los materiales no producirían una respuesta inflamatoria prolongada en el tiempo. También hemos estudiado la influencia de la incorporación de iones como Cu2, Sr2 o Co2 en las propiedades estructurales de los MBGs. Los estudios por RMN han permitido determinar que la presencia de P2O5 juega un papel importante en la estructura de los mismos. Siguiendo otra estrategia, la de impregnación post-síntesis se han preparado MBGs con galio, estos materiales demuestran inhibir la diferenciación hacia fenotipo osteoclastico, consiguiéndose materiales con aplicaciones para la regeneración de hueso osteoporótico. Con el objetivo de obtener sistemas para el tratamiento y prevención secundaria de osteosarcoma e infección ósea se ha modificado la superficie de los MBGs para desarrollar sistemas estímulo-respuesta sensibles a enzimas. Estos sistemas pueden retener fármacos en su interior que se liberan al elevarse la concentración de enzimas asociadas a osteosarcoma y a infección. Se han preparado andamios macroporosos por un método aditivo de prototipado rápido con policaprolactona para formar composites MBGPCL. Se evaluó la capacidad del MBG para estimular la migración de osteoblastos hacia el interior de los andamios demostrándose que favorecen la migración celular a través de los puntos de contacto entre las paredes que lo forman. Los estudios en animales se han llevado a cabo en un modelo ovino que simula las condiciones de osteoporosis en humanos. Estos estudios han demostrado el excelente comportamiento de los andamios MBGPCL.