Desarrollo de andamios y materiales para regeneración de cartílago subcondral

Resumen

A través de los años, debido a deficiencias del esqueleto humano por traumas, tumores o mal desarrollo, se ha venido tratando de buscar soluciones para reemplazar las partes dañadas o sustituirlas regenerando el hueso. Las que se han venido manejando obteniéndose muy buenos resultados son los injertos o sustitutos de huesos, que según Muschler y Lane, son cualquier material implantado que de forma aislada o en combinación con otros materiales, promueve la respuesta de consolidación ósea aportando actividad osteogénica, osteoconductora y osteoinductora en una zona localizada. Entre los injertos artificiales, ha sido una muy buena opción la hidroxiapatita (Ca10 (PO4)6(OH)2), una de las sales de fosfato de calcio insoluble y bioactiva, que es el mineral constituyente de tejidos humanos duros como lo son huesos y dientes (aproximadamente el 50% en peso de los tejidos duros se compone de iones de calcio y fosfato). Esta se comporta como una estructura osteoconductiva que permite ser invadida por tejido conectivo proveniente del hueso circundante para más adelante osificarse, manteniendo en su interior las características de su origen, presentando muy buena biocompatibilidad con las demás estructuras, no toxicidad y estabilidad química. Debido a su estructura quebradiza y frágil, esta biocerámica necesita mejorar sus propiedades mecánicas en zonas donde se requiere un mayor soporte de carga. Es por esta razón que introducir iones de silicio (Si2+), magnesio (Mg2+), estroncio (Sr2+), carbonato (CO32−), zinc (Zn2+), cerio (Ce3+), lantano (La3 +), itrio (Y3 +), entre otros, en la estructura de la HA, ha sido de gran ayuda para mejorar lo anterior, aportando además otras propiedades como la capacidad de intercambio de iones, capacidad de adsorción de proteínas o mejorando las propiedades de la hidroxiapatita a nivel mecánico como la resistencia y biológico como la no citotoxicidad, biocompatibilidad, bioactividad, osteoconductividad, adhesión celular, proliferación de osteoblastos, promover la expresión de genes relacionados con osteoblastos, fosfatasa alcalina y células madres mesenquimales y mejora la solubilidad y la estabilidad térmica de la HA . Por esta razón se buscó introducir en este proyecto el estroncio en la estructura de la apatita sin que esta tuviera alteración. El estroncio es un polvo cristalino blanco que además de reforzar la HA, interviene en la biomineralización del hueso y permite el crecimiento de los osteoblastos en su superficie logrando un mejor desarrollo de la matriz extracelular en el tratamiento de la osteoporosis. El 98% del contenido total de Sr2+ en el cuerpo se pueden encontrar en el esqueleto. El estroncio tiene muy buenas propiedades tales como la solubilidad, no toxicidad, biocompatibilidad, resistencia a la flexión y resistencia al impacto. Actualmente se han estado sintetizando andamios de estroncio apatita de diferentes proporciones, dando resultados que varían según las dosis de Sr2 +. Si son bajas las dosis, mejora la replicación de las células pre-osteoblásticas y estimula la formación de hueso. Si la dosis es alta, induce defecto de mineralización ósea. Por lo tanto, la dosis de Sr2 + es un factor importante para la formación de hueso. Investigadores han utilizado concentraciones de Sr2+ entre el 3% y 7%, donde los resultados mostraron una alta actividad y diferenciación celular para el 7% de concentración de Sr2+. Otros han trabajado con concentraciones de Sr2+ del 2, 5, 10 and 15 % mol donde llegaron a la conclusión de que entre mayor la dosis de Sr en la apatita, se disminuye el tamaño del cristal. Otros investigadores trabajaron con el 5 y 10% de sustitución de Sr2+ en la apatita deficiente en Ca y tuvieron como resultados que el Sr en la apatita aumenta su estabilidad térmica e incrementa el volumen celular. Otras sustituciones que se han manejado son las de 2.5, 5, 7.5 and 10 % de Sr en la hidroxiapatita, los cuales dieron como resultado un aumento en los parámetros de red. En este proyecto se hacen ensayos con diferentes proporciones de Sr2+ probando desde dosis altas del 100, 80, 50 y de 20% de Sr2+ hasta dosis más bajas del 0, 5, 10 y 15% de Sr2+. Como se necesita un andamio donde las células puedan crecer y proliferar se sintetiza lactato de quitosano y se caracteriza para que cumpla con la función de la matriz extracelular, para esto se añade al quitosano una solución al 2% de ácido láctico, se introduce en un criostato y se liofiliza. La idea es que estos criogeles biocompatibles, sean estables a corto plazo pero biodegradables a largo plazo en un medio fisiológico. Por este motivo se emplea el quitosano como matriz polimérica de los criogeles. Existen otras matrices poliméricas, que presentan características similares a las del quitosano que son el colágeno y la agarosa. La diferencia entre estas y el quitosano es que el quitosano es un buen sustrato alimenticio y es consumido rápidamente durante el desarrollo de las células cultivadas. Se espera que estas sustituciones de Sr2+ en la apatita y el lactato de quitosano como matriz extracelular ayuden a la regeneración de cartílago subcondral en ingeniería.