Un nuevo material que hace que las células madre comiencen a formar hueso podría permitir un tratamiento más eficaz para las roturas y defectos óseos difíciles de curar. dice un ingeniero biomédico de la Universidad de Texas A&M que forma parte del equipo que desarrolla el biomaterial.

La investigación del equipo se detalla en la revista científica ACS Nano y cuenta con el apoyo de la National Science Foundation y los National Institutes of Health. Sus hallazgos podrían cambiar la forma en que los profesionales médicos tratan los huesos fracturados que experimentan dificultades en la curación y, a menudo, requieren procedimientos de injerto óseo. dice Akhilesh Gaharwar, profesor asistente de ingeniería biomédica en Texas A&M.

El biomaterial, que consta de nano-tamaño, partículas bidimensionales incrustadas dentro de un gel, estimula el crecimiento óseo a través de un complejo mecanismo de señalización sin el uso de proteínas conocidas como factores de crecimiento, Gaharwar explica. Los factores de crecimiento se utilizan en tratamientos convencionales, pero puede provocar efectos secundarios graves debido a las grandes cantidades necesarias para estimular las células, él dice.

"Estamos tratando de superar estos problemas evitando el uso de factores de crecimiento mientras recapitulamos el proceso natural de curación de los huesos". ", Dice Gaharwar." Nuestro material es totalmente diferente, estrategia alternativa en la que mediante el uso de minerales podemos inducir la diferenciación en las células madre y promover la formación de tejido similar al hueso ".

Esos minerales, Gaharwar explica:son principalmente ácido ortosilícico, magnesio y litio:combinados en diminutas partículas de nanosilicato que son 100, 000 veces más delgado que una hoja de papel. Las nanopartículas ultrafinas están incrustadas en un hidrogel a base de colágeno, un gel biodegradable utilizado en varias aplicaciones biomédicas debido a su compatibilidad con el organismo.

Cuando se incorporan nanosilicatos en una matriz de gelatina, varios físicos, se mejoran las propiedades químicas y biológicas del hidrogel, Gaharwar explica. Por ejemplo, el hidrogel puede diseñarse para que permanezca en el lugar de la lesión durante períodos específicos controlando las interacciones entre los nanosilicatos y la gelatina, Añade Gaharwar. Esta personalización, Gaharwar dice:puede permitir que el hidrogel inyectado entre en la cavidad del defecto y ayude a que sane mientras se degrada lentamente a medida que es reemplazado por tejido natural.

Las pruebas sobre las propiedades mecánicas del material también son prometedoras, Dice Gaharwar. Además de su capacidad para inyectarse en el lugar de una lesión, el material alcanza una rigidez de tres a cuatro veces mayor una vez dentro del cuerpo, permitiendo que se bloquee en su lugar. Esto evita que el material fluya a otras partes del cuerpo, evitando así efectos secundarios no deseados, Dice Gaharwar.

Los resultados, Gaharwar dice:han sido positivos, como lo demuestran los indicadores de crecimiento óseo tanto a corto como a largo plazo. Pruebas iniciales, él dice, muestran un aumento de tres veces en la actividad de la fosfatasa alcalina, un marcador de la formación ósea temprana (conocido como osteogénesis). Esta es la confirmación Gaharwar explica:que el proceso de señalización está "pidiendo" a las células madre que se diferencien en células óseas. Los marcadores tardíos también son positivos, él añade, señalando que demuestran un aumento de cuatro veces en la presencia de fosfato de calcio, un componente principal del hueso.

"Los geles nanocompuestos dinámicos y bioactivos que hemos desarrollado son muy prometedores en aplicaciones de ingeniería de tejidos óseos, "Dice Gaharwar.

Como parte de la investigación futura, Gaharwar planea realizar más investigaciones sobre el proceso por el cual las nanoplaquetas desencadenan la diferenciación celular. Adicionalmente, la característica de adelgazamiento por cizallamiento del gel se puede utilizar para imprimir estructuras de tejido tridimensionales cargadas de células, el explica. Teniendo esto en cuenta, Gaharwar está trabajando con colegas para crear Andamios vascularizados que emplean el material y podrían insertarse quirúrgicamente en el sitio de lesiones más graves donde la inyección no es una opción. Los andamios el explica, permitiría que el sitio de la lesión reciba flujo sanguíneo como parte del proceso de curación mejorado iniciado por las nanopartículas. Es un sistema que Gaharwar cree que abordará algunos de los desafíos asociados con la ingeniería de tejidos u órganos complejos.

"Según nuestros sólidos estudios preliminares, predecimos que estas partículas altamente biofuncionales tienen un inmenso potencial para ser utilizadas en aplicaciones biomédicas, ", señala.