El implante bioactivo puede conducir a regeneración ósea

Un proyecto europeo, en el que participa un grupo español de investigación, será quien dé luz verde a la fabricación de un bioimplante activo que puede servir para la regeneración ósea, así como para aliviar el dolor que ocasionan los procesos de carácter óseo.

Julia Gutiérrez. Valladolid | 21/12/2011 00:00

José Carlos Rodríguez Cabello, investigador y director del Bioforge, en Valladolid. (DM)

El grupo de investigación de Materiales Avanzados y Nanobiotecnología (GIR Bioforge) de la Universidad de Valladolid (UVA) producirá un material bioactivo que se implantará en el lugar en el que se ha producido una lesión, de forma que pueda favorecer la función de las células y la reparación ósea. De esta forma, Bioforge participará en el proyecto europeo InnovaBone cuyo objetivo consiste en asegurar la curación y la regeneración saludable del hueso y reducir el dolor asociado a estos procesos.

InnovaBone quiere llevar a cabo una producción multi-etapa de un implante biomimético que se reemplazará por el nuevo hueso durante la regeneración. Estará formado por un scaffold o esqueleto rígido de material sintético que se rellenará con los geles bioactivos que desarrollarán los investigadores de Bioforge y con nanopartículas de fosfato cálcico (CaP). El Institute for Bioprocessing and Analytical Measurement Techniques (IBA) se encargará de desarrollar el scaffold rígido, para lo cual empleará técnicas de polimerización avanzadas para fabricar geometrías precisas en 3D. El conjunto scaffold y gel biomimético se implantará en la lesión ósea.

La tecnología del ADN recombinante que utiliza Bioforge también permite incorporar secuencias bioactivas en el rELP que dotan al gel de bioactividad

Adhesión celular
La estructura interna de estos scaffolds o esqueletos se basa en una red de canales y poros que imitan la estructura esponjosa del hueso. Para que el implante presente carácter bioactivo, será necesario rellenar la estructura interna de ese constructo con gel bioactivo y biocompatible que dote al conjunto de la funcionalidad que se requiere y que tiene que ver con la adhesión celular, el reclutamiento celular desde las interfaces con el hueso sano o la proliferación y el transporte de nutrientes, entre otras cosas.

El segundo paso en la obtención de este sistema multi-etapa será la producción del gel que contiene moléculas bioactivas y que se inyectará en la estructura porosa del scaffold 3D, permitiendo a las células migrar hacia su interior y comenzar la reparación ósea.

José Carlos Rodríguez Cabello, director de Bioforge e investigador principal del trabajo, ha explicado que "el material de relleno seleccionado posee propiedades termosensibles, de manera que se diseñará para ser líquido a baja temperatura con una viscosidad baja en solución acuosa, lo que permitirá que se inyecte fácilmente a través de agujas finas y rellene todas las cavidades del constructo rígido. Experimentará una transición a gel a la temperatura corporal".

El gel contiene moléculas bioactivas y se inyecta en la estructura del 'scaffold' 3D, permitiendo a las células migrar hacia su interior

Por tanto, "una vez solidificado, el gel tendrá una serie de propiedades muy interesantes, tales como dureza, elasticidad, capacidad para retener moléculas bioactivas, degradación controlada y facilidad para proporcionar un entorno biomimético para la migración, supervivencia y función celular", según Rodríguez Cabello.

El grupo Bioforge tiene una amplia experiencia en la producción de sistemas gelificables termosensibles basados en polímeros recombinantes tipo elastina (rELP), que en consecuencia son materiales óptimos para poner en marcha la estrategia planteada por InnovaBone.

De hecho, en Bioforge se trabaja desde hace más de 15 años en la generación de polipéptidos de alto peso molecular a partir de constructos sintéticos de ADN inspirados en las secuencias repetitivas presentes en la elastina natural.

Diseño molecular
A juicio de Rodríguez Cabello, "estos dominios tipo elastina son responsables de algunas de las propiedades que presentan estos materiales tales como la biocompatibilidad, el nivel de hidratación, el carácter inteligente, la capacidad de autoensamblado o las propiedades mecánicas".

InnovaBone, que considera que estas características son primordiales, busca un diseño meticuloso de la composición peptídica de los rELP que constituyen el gel. En este sentido, la capacidad de autoensamblado en respuesta a un cambio de temperatura es la propiedad responsable de la transición de líquido a gel que experimentará el material, por lo que habrá que ajustar la temperatura a través de los parámetros de diseño molecular.

Gel de bioactividad
"La tecnología del ADN recombinante que utiliza Bioforge también permite la incorporación de secuencias bioactivas en el rELP que dotan al gel de bioactividad específica: factores de crecimiento y secuencias de adhesión a osteoblasto y a células endoteliales que promoverán el adecuado crecimiento del hueso, la migración y la formación de vasos sanguíneos que permitirán la adecuada vascularización en el nuevo proceso de formación del hueso", señala el investigador.

Para la correcta implantación del sistema scaffold-gel las células óseas tienen que funcionar y producir hueso. Para promover la función celular de una manera efectiva dentro de la matriz scaffold-gel se requieren materiales que la activen. Un equipo de la Universidad Politécnica de Cataluña producirá nanopartículas de CaP que se introducirán en el gel y que imitarán a la fase de la apatita mineral encontrada en el hueso para mejorar la osteogénesis. InnovaBone, que se enmarca en el VII Programa Marco de la Comisión Europa, está formado por catorce socios, entre los que se encuentran universidades, centros de investigación y empresas de ocho países europeos.

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