Gómez Blasco, Andrés Manuel
Gil Albarova, Jorge (dir.)
Universidad de Zaragoza,
2021
Resumen: La ingeniería de tejidos constituye actualmente un campo prometedor, para el desarrollo de nuevas estrategias que permitan la creación de sustitutivos óseos y puedan ser utilizados para el tratamiento de defectos óseos. El uso de andamiajes para la creación de estos materiales ha experimentado grandes avances en las últimas décadas, pudiendo convertirse en una alternativa al gold standard actual que sigue siendo el injerto autólogo de hueso, con las limitaciones que ello implica. El sustitutivo óseo ideal debe tener capacidad osteogénica, osteoinductora y osteoconductora.
Las cerámicas han sido utilizadas, durante décadas, en el campo de la traumatología y la ortopedia por sus adecuadas capacidades de biocompatibilidad y osteoconducción, si bien no poseen per se la capacidad osteogénica y su capacidad osteoinductora es limitada. Por otro lado, los factores de crecimiento y en concreto la osteostatina, poseen capacidad osteoinductora contribuyendo a la diferenciación celular hacia líneas osteoformadoras, existiendo estudios en los que se demuestra como mejoran los resultados, tanto in vivo como in vitro, cuando se incorporan a distintos materiales que buscan la regeneración ósea. De forma similar, el uso en la ingeniería tisular de células mesenquimales de origen variado, ha demostrado aportar la capacidad de osteogénesis, si bien al igual que los factores de crecimiento carecen de función estructural. Por todo ello, la creación de un biomaterial, que reúna los 4 vértices del diamante propuesto por Giannoudis (osteogénesis, osteoinducción, osteoconducción y soporte mecánico), en los que se basa la regeneración ósea, podría convertirse en un sustitutivo óseo ideal.
En el presente estudio, describimos la utilización de vidrios mesoporosos bioactivos con la siguiente composición, 82.2%SiO2–10.3%CaO–3.3%P2O5–4.2%ZnO (mol %). Fueron sintetizados utilizando la técnica de autoensamblaje inducido por evaporación (evaporation induced self-assembly: EISA), y los scaffolds tridimensionales, creados a partir de dicho material, mediante técnicas de prototipado rápido de 7 mm Ø x 12 mm de altura. Creándolos con una microestructura y arquitectura porosa controlada, y la forma macroscópica deseada para el tratamiento del defecto. Las células mesenquimales elegidas para su sembrado en estos andamiajes y su posterior implantación en el modelo animal, fueron células mesenquimales humanas (MSC). Se cargó el implante con osteostatina (OST), que se corresponde con el grupo de las proteínas relacionadas con la hormona paratiroidea. Ya se habían realizado trabajos in vivo, estudiando el uso de este material enriquecido con OST en el tratamiento de los defectos óseos, con prometedores resultados. Igualmente se había comprobado de forma in vitro, la actividad sinérgica del implante con zinc cargado con OST y las MSC, para la regeneración ósea.
Para comprobar el potencial de regeneración ósea in vivo del scaffold, se realizó un defecto óseo crítico de 7,5 mm Ø y 12 mm de profundidad en la cara externa del cóndilo de ambos fémures en 12 conejas adulta de raza Nueva Zelanda. El defecto se realizó, mediante el abordaje lateral del fémur, con una broca motorizada se creó el defecto y posteriormente se rellenó con el scaffold a estudio. Se hicieron 4 grupos: scaffold sin aditivos, scaffold + MSC, scaffold + OST, scaffold + MSC + OST. Los animales fueron mantenidos en estabulamiento controlado y sacrificados a los 3 meses de la intervención. Tras la cual, se extrajo el tercio distal de ambos fémures para su estudio histológico y radiológico mediante micro-TAC y cálculo volumétrico.
Una vez analizados los resultados obtenidos, pudimos comprobar el relleno del defecto óseo de forma completa en todos los casos. En todos ellos se comprobó la formación de un marco alrededor del implante y la creación de hueso neoformado en torno al mismo, lo cual pudo observarse tanto de forma histológica como radiológica. Quedó demostrada también su biocompatibilidad y capacidad de osteointegración, al crecer el hueso sobre su superficie, y la capacidad de degradación controlada del implante. Por último, pudo comprobarse como mejoraban el desarrollo y diferenciación osteogénica, debido a la relación de sinergia del zinc y la OST al potenciar el efecto de las hMSC en el crecimiento óseo.
Finalmente, se puede concluir que el scaffold estudiado constituye un material adecuado para el desarrollo de sustitutivos óseos y que cumple con los requisitos para ello. Los resultados obtenidos in vivo en el presenta trabajo, permiten confirmar y cuantificar el efecto sinérgico de la OST y las MSC de potenciación de la regeneración ósea, y contribuir a estimular su desarrollo en el campo de la ingeniería de tejidos.
Resumen (otro idioma):
Las cerámicas han sido utilizadas, durante décadas, en el campo de la traumatología y la ortopedia por sus adecuadas capacidades de biocompatibilidad y osteoconducción, si bien no poseen per se la capacidad osteogénica y su capacidad osteoinductora es limitada. Por otro lado, los factores de crecimiento y en concreto la osteostatina, poseen capacidad osteoinductora contribuyendo a la diferenciación celular hacia líneas osteoformadoras, existiendo estudios en los que se demuestra como mejoran los resultados, tanto in vivo como in vitro, cuando se incorporan a distintos materiales que buscan la regeneración ósea. De forma similar, el uso en la ingeniería tisular de células mesenquimales de origen variado, ha demostrado aportar la capacidad de osteogénesis, si bien al igual que los factores de crecimiento carecen de función estructural. Por todo ello, la creación de un biomaterial, que reúna los 4 vértices del diamante propuesto por Giannoudis (osteogénesis, osteoinducción, osteoconducción y soporte mecánico), en los que se basa la regeneración ósea, podría convertirse en un sustitutivo óseo ideal.
En el presente estudio, describimos la utilización de vidrios mesoporosos bioactivos con la siguiente composición, 82.2%SiO2–10.3%CaO–3.3%P2O5–4.2%ZnO (mol %). Fueron sintetizados utilizando la técnica de autoensamblaje inducido por evaporación (evaporation induced self-assembly: EISA), y los scaffolds tridimensionales, creados a partir de dicho material, mediante técnicas de prototipado rápido de 7 mm Ø x 12 mm de altura. Creándolos con una microestructura y arquitectura porosa controlada, y la forma macroscópica deseada para el tratamiento del defecto. Las células mesenquimales elegidas para su sembrado en estos andamiajes y su posterior implantación en el modelo animal, fueron células mesenquimales humanas (MSC). Se cargó el implante con osteostatina (OST), que se corresponde con el grupo de las proteínas relacionadas con la hormona paratiroidea. Ya se habían realizado trabajos in vivo, estudiando el uso de este material enriquecido con OST en el tratamiento de los defectos óseos, con prometedores resultados. Igualmente se había comprobado de forma in vitro, la actividad sinérgica del implante con zinc cargado con OST y las MSC, para la regeneración ósea.
Para comprobar el potencial de regeneración ósea in vivo del scaffold, se realizó un defecto óseo crítico de 7,5 mm Ø y 12 mm de profundidad en la cara externa del cóndilo de ambos fémures en 12 conejas adulta de raza Nueva Zelanda. El defecto se realizó, mediante el abordaje lateral del fémur, con una broca motorizada se creó el defecto y posteriormente se rellenó con el scaffold a estudio. Se hicieron 4 grupos: scaffold sin aditivos, scaffold + MSC, scaffold + OST, scaffold + MSC + OST. Los animales fueron mantenidos en estabulamiento controlado y sacrificados a los 3 meses de la intervención. Tras la cual, se extrajo el tercio distal de ambos fémures para su estudio histológico y radiológico mediante micro-TAC y cálculo volumétrico.
Una vez analizados los resultados obtenidos, pudimos comprobar el relleno del defecto óseo de forma completa en todos los casos. En todos ellos se comprobó la formación de un marco alrededor del implante y la creación de hueso neoformado en torno al mismo, lo cual pudo observarse tanto de forma histológica como radiológica. Quedó demostrada también su biocompatibilidad y capacidad de osteointegración, al crecer el hueso sobre su superficie, y la capacidad de degradación controlada del implante. Por último, pudo comprobarse como mejoraban el desarrollo y diferenciación osteogénica, debido a la relación de sinergia del zinc y la OST al potenciar el efecto de las hMSC en el crecimiento óseo.
Finalmente, se puede concluir que el scaffold estudiado constituye un material adecuado para el desarrollo de sustitutivos óseos y que cumple con los requisitos para ello. Los resultados obtenidos in vivo en el presenta trabajo, permiten confirmar y cuantificar el efecto sinérgico de la OST y las MSC de potenciación de la regeneración ósea, y contribuir a estimular su desarrollo en el campo de la ingeniería de tejidos.
Resumen (otro idioma):
Pal. clave: materiales ceramicos ; traumatologia ; cirugia experimental ; ingenieria bioquimica
Titulación: Programa de Doctorado en Medicina
Plan(es): Plan 497
Nota: Presentado: 04 03 2021
Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, , 2021
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Registro creado el 2021-06-29, última modificación el 2021-06-29
