En ingeniería de tejido óseo (BTE), La impresión 3D es un método confiable y personalizable que se utiliza para reparar defectos óseos mediante la producción de andamios de tejido biomimético. En un estudio reciente publicado en línea en Ingeniería de tejidos Parte A (Mary Ann Liebert, C ª), Qing Li y un equipo de científicos diseñaron un sustituto biomimético más cercano a la estructura y composición ósea natural para el injerto óseo. Por este trabajo, utilizaron dos tipos diferentes de materiales de hidroxiapatita (HA):nanohidroxiapatita (nHA) y hueso bovino desproteinizado (DBB) dispersos en colágeno (CoL) para preparar una tinta biológica y compuestos de ingeniería de nHA / CoL y DBB / CoL como 3-D andamios impresos.

La reconstrucción estética del hueso alveolar funcional es un desafío después de la pérdida ósea debido a un traumatismo, inflamación y cirugía. Los científicos de materiales pueden combinar la ingeniería de tejidos y los biomateriales para promover la regeneración del hueso alveolar; un tema cada vez más popular en la medicina regenerativa. La última década ha sido testigo de avances significativos en la tecnología de impresión 3-D para la reparación personalizada de defectos óseos con traducción clínica exitosa utilizando impresoras láser de metal. Los méritos de la impresión 3D incluyen en gran medida un bajo riesgo de complicaciones, tiempo de operación corto y buen moldeado durante la cirugía. Las propiedades biodegradables de los materiales pueden guiar la regeneración ósea in situ. Entre las técnicas disponibles, La bioimpresión tridimensional a baja temperatura (LT-3DP) es óptima para la reconstrucción del hueso alveolar, ya que puede generar un plano tridimensional específico de los defectos óseos del paciente para su reconstrucción.

El sistema LT-3DP puede diseñar múltiples compuestos de polímero-mineral con propiedades de material mejoradas. Los armazones porosos tridimensionales resultantes pueden imitar la arquitectura ósea para interacciones conductoras entre células y matriz y permitir un crecimiento eficiente de los vasos sanguíneos para la BTE avanzada. El material polimérico nHA seleccionado en el estudio es un buen candidato para sustituir el hueso natural, debido a su alta actividad osteoconductora. El DBB natural es un material óseo xenógeno alternativo, morfológica y estructuralmente similar al hueso esponjoso humano. En el presente estudio, Li y col. Replicó con éxito un protocolo previamente establecido para la preparación de DBB. El colágeno de tipo I (CoL-1) es la proteína estructural más abundante en el cuerpo humano y, por lo tanto, era la más adecuada para generar polímeros compuestos en la configuración experimental propuesta para construcciones con propiedades biomecánicas mejoradas.

Li y col. preparó y clasificó las tintas biológicas en tres grupos como CoL, nHA / CoL y DBB / CoL en el estudio. Para diseñar los andamios compuestos, los científicos utilizaron el bioplotter 3-D (EnvisionTEC, Alemania). Después de imprimir el andamio 3D, construyeron una microarquitectura en forma de cuadrícula con anchos de poro de 600 µm. La microestructura interna alveolar representaba las características típicas del hueso esponjoso. Los científicos de materiales probaron primero las propiedades físicas y químicas de los dos andamios compuestos de materiales (nHA / CoL y DBB / CoL), seguido de su biocompatibilidad e impacto osteogénico en la diferenciación de las células madre de la médula ósea (BMSC humana) durante las interacciones entre el material y la célula.

Los científicos utilizaron métodos estándar de caracterización de materiales como la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS), Difracción de rayos X en polvo (XRD) y espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) para comprender la consistencia de los dos compuestos, así como su diversidad relativa a enlaces químicos y fases cristalinas. Utilizaron microscopía electrónica de barrido (SEM) para obtener resultados de imágenes, que mostró diferentes morfologías superficiales de los cristales de HA y andamios como factores que afectan la estructura porosa interna del producto. Específicamente, el módulo de Young del grupo nHA / CoL (7,9 ± 0,3 MPa) fue superior tanto al grupo CoL (3,5 ± 0,4 MPa) como al grupo DBB / CoL (4,5 ± 0,7 MPa), lo que indica una mayor rigidez de los andamios compuestos de nHA / CoL.

Para estudios de biofuncionalización, Li y col. mostró que los dos armazones compuestos apoyaron igualmente la proliferación celular mediante tinción de inmunofluorescencia. Para esto, utilizaron anticuerpos marcados con fluorescencia para teñir e identificar microscópicamente el crecimiento de hBMSC en estructuras de superficie impresas en 3-D. Durante el cultivo celular, los científicos utilizaron un medio de inducción osteogénica (MO) y un medio de proliferación (PM). El método de tinción de fosfatasa alcalina (ALP) utilizado para determinar la diferenciación de células madre, indicó la expresión de ALP en el grupo OM, pero no en el grupo de PM.

Los científicos llevaron a cabo la reacción en cadena de la polimerasa en tiempo real (RT-PCR) después de extraer el ARN total de las células madre (hBMSC). Los resultados mostraron los niveles de expresión de los genes de interés relacionados con la osteogénesis examinados en el estudio. En comparación con los grupos de PM, los genes relacionados con la diferenciación osteogénica temprana y tardía; Factor de transcripción relacionado con Runt RUNX2 , Gen 9 de la caja de HMG relacionado con SRY SOX9 , osteocalcina OCN y CoL1A1 en el grupo de OM aumentó significativamente después de 7 días. De este modo, los investigadores demostraron la osteogénesis y el aumento de los efectos de la formación de la matriz extracelular para las hBMSC cultivadas en los andamios tridimensionales bioplotados para confirmar la biocompatibilidad de la superficie.

Li y col. mostró que las propiedades fisicoquímicas y biológicas de los andamios bioimpresos en 3D que contienen nHA / CoL o DBB / CoL eran muy adecuados como materiales sustitutos óseos (BSM) en la ingeniería de tejido óseo (BTE). La capacidad de imprimir fácilmente andamios 3-D personalizables puede tener potencial para la investigación traslacional desde el banco hasta los estudios preclínicos y la clínica en el futuro.

© 2019 Science X Network