En años recientes, los investigadores han trabajado para desarrollar más prótesis funcionales para los soldados que regresan a casa de los campos de batalla en Afganistán o Irak sin brazos o piernas. Pero incluso las prótesis nuevas tienen problemas para evitar que las bacterias ingresen al cuerpo a través del espacio donde se ha implantado el dispositivo.

"Necesita cerrar (el área) donde las bacterias entrarían al cuerpo, y ahí es donde está la piel, "dijo Thomas Webster, profesor asociado de ingeniería y ortopedia en la Universidad de Brown.

Webster y un equipo de investigadores de Brown pueden haber encontrado la fórmula correcta para disuadir a los migrantes bacterianos. El grupo informa dos formas en las que modificó la superficie de los implantes de pierna de titanio para promover el crecimiento de las células de la piel:creando así una capa de piel natural y sellando el espacio donde se ha implantado el dispositivo en el cuerpo. Los investigadores también crearon una cadena molecular para esparcir proteínas que crecen en la piel sobre el implante para acelerar el crecimiento de la piel.

Los hallazgos se publican en el Revista de investigación de materiales biomédicos A.

Los investigadores, incluida Melanie Zile, un estudiante de la Universidad de Boston que trabajó en el laboratorio de Webster como parte del programa de premios de enseñanza e investigación de pregrado de Brown, y Sabrina Puckett, quien obtuvo su doctorado en ingeniería el pasado mes de mayo, creó dos superficies diferentes a nanoescala, dimensiones inferiores a una mil millonésima parte de un metro.

En el primer enfoque, los científicos dispararon un haz de electrones de recubrimiento de titanio en el pilar (la pieza del implante que se inserta en el hueso), creando un paisaje de montículos de 20 nanómetros. Esos montículos imitan los contornos de la piel natural y engañan a las células de la piel para que colonicen la superficie y desarrollen queratinocitos adicionales. o células de la piel.

Webster conocía tal superficie, rugoso a nanoescala, trabajó para regenerar células óseas y células de cartílago, pero no estaba seguro de si tendría éxito en el crecimiento de células de la piel. Esta puede ser la primera vez que se ha demostrado que una nano-superficie creada de esta manera en titanio atrae las células de la piel.

El segundo enfoque, llamado anodización, implicó sumergir el pilar en ácido fluorhídrico y darle una sacudida de corriente eléctrica. Esto hace que los átomos de titanio de la superficie del pilar se muevan y se vuelvan a formar huecos. estructuras tubulares que se elevan perpendicularmente desde la superficie del pilar. Al igual que con los nanomondos, las células de la piel colonizan rápidamente la superficie nanotubular.

En pruebas de laboratorio (in vitro), los investigadores informan que casi se duplica la densidad de las células de la piel en la superficie del implante; dentro de cinco días, la densidad de queratinocitos alcanzó el punto en el que se había creado una capa de piel impermeable que unía el pilar y el cuerpo.

"Definitivamente tienes una capa completa de piel, Webster dijo:"No hay más espacio para que las bacterias pasen".

Para promover aún más el crecimiento de las células de la piel alrededor del implante, El equipo de Webster miró a FGF-2, una proteína secretada por la piel para ayudar al crecimiento de otras células de la piel. Simplemente untar el pilar con las proteínas no funciona, ya que FGF-2 pierde su efecto cuando es absorbido por el titanio. Entonces, los investigadores crearon una cadena molecular sintética para unir FGF-2 a la superficie de titanio, mientras se mantiene la capacidad de crecimiento de las células de la piel de la proteína. No es sorprendente, Las pruebas in vitro mostraron la mayor densidad de células cutáneas en las superficies de los pilares utilizando las superficies nanomodificadas y unidas con FGF-2. Es más, las superficies nanomodificadas crean más área de superficie para las proteínas FGF-2 de la que estaría disponible en los implantes tradicionales.

El siguiente paso es realizar estudios in vivo; si tienen éxito, podrían comenzar los ensayos en humanos, aunque Webster dijo que podrían tardar años.