Patentan un biovidrio para construir andamios en 3D que imitan y regeneran el hueso

Los sustitutos de hueso comerciales hasta ahora utilizados se basan en materiales cerámicos con contenido en calcio para simular la composición ósea. Sin embargo, a causa de no reabsorberse causan problemas, al provocar que queden restos que generan una zona de debilidad en el área reparada; otras veces, por el contrario, se reabsorbe antes de tiempo provocando un hueco que no se rellena de tejido. Para solventar estas dificultades, expertos del Laboratorio de Bioingeniería y Regeneración Tisular (LABRET) del Centro Andaluz de Nanomedicina y Biotecnología (BIONAD) de la Universidad de Málaga en colaboración con el Instituto de la Cerámica y el Viderio de Madrid (CSIC) han desarrollado biomateriales que sirven de soporte a las células óseas para la reparación de tejidos.

En concreto, los expertos funden dos tipos de vidrio para conseguir las características biológicas que precisan en la elaboración de las estructuras óseas. “Uno nos permite conseguir materiales en tres dimensiones y el otro posibilita la incorporación de nitrógeno. Es la denominada nitruración, un proceso que consigue mejorar su reactividad y facilitar su reabsorción, además de aumentar la velocidad de degradación de la estructura sustitutiva”, precisa a la Fundación Descubre una de las responsables del estudio, Leonor Santos-Ruiz, científica del Centro de Investigación Biomédica de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), en la Universidad de Málaga.

La novedad del estudio es la adición de nitrógeno al vidrio resultante. Este elemento consigue que las células identifiquen a la estructura externa como biológica. “Las proteínas son las moléculas con las que se comunican las células y este material puede interactuar directamente con las proteínas celulares. Podría decirse que, a pesar de ser inorgánico, puede hablar con las células en lenguaje biológico. Así lo reconocen y no lo rechazan”, ejemplifica la experta.

Además de esta compatibilidad, otra de las ventajas de la nitruración es la aceleración del proceso de regeneración de tejido. Según relata la investigadora, en el proceso de construcción del nuevo hueso, las células primero se adhieren a la estructura biológica externa y luego comienzan a diferenciarse en células óseas. En este caso, empiezan a especializarse incluso antes de recubrir la superficie. “Pensamos que reconocen que es un material biológico y lo hacen todo a la vez. Así, si antes tardaban dos semanas en recubrir la estructura, ahora este tiempo se reduciría a la mitad”, precisa.

Esta elevada reactividad, junto con la posibilidad de diseñar estructuras tridimensionales, aumentan las aplicaciones del nuevo biovidrido. “No sólo es factible para heridas pequeñas, lo estamos probando también en fracturas grandes”, sostiene. Los resultados de sus ensayos in vivo en laboratorio reflejan que el biovidrio es biocompatible, se reabsorbe y no aporta productos nocivos, según explican en su estudio, ‘Surface nitridation improves bone cell response to melt-derived bioactive silicate/borosilicate glass composite scaffolds’, publicado en la revista Acta Biomaterialia.

Elaborando vidrios

El proceso de elaboración del biovidrio comienza con trituración de los dos vidrios que sirven de materia prima. La idea es reducirlos a un tamaño de micras para después fundirlos en uno solo. A continuación, los expertos introducen la mezcla en un molde que contiene una esponja denominada porógeno. La espuma se retira para que quede un molde poroso tridimensional.

Para imitar el hueso, el material presenta alta porosidad interconectada y resulta mecánicamente estable. Los poros interconectados resultan fundamentales en las estructuras biológicas, ya que permiten la migración y vascularización del tejido. “Además, podemos regular las características del vidrio en función del tipo de herida y su forma. Por ejemplo, en jóvenes podemos propiciar que la estructura se reabsorba antes y ralentizar el proceso cuando se trata de personas mayores”, precisa.

Este proyecto que aborda el área de los materiales biomiméticos, es decir, aquellos que simulan estructuras biológicas, es fruto de varios proyectos de la Junta de Andalucía y cuenta también con financiación del Ministerio de Economía y Competitividad.