Un nuevo tipo de vendaje óseo atrapa la adenosina producida naturalmente cerca de la rotura, que promueve y acelera la curación en el sitio antes de liberar lentamente la adenosina de regreso al cuerpo. Crédito:Shyni Varghese, Universidad de Duke
Investigadores de la Universidad de Duke han diseñado un vendaje que captura y retiene una molécula que favorece la curación en el sitio de una fractura ósea para acelerar y mejorar el proceso de curación natural.
En un estudio de prueba de principio con ratones, el vendaje ayudó a acelerar la formación de callos y la vascularización para lograr una mejor reparación ósea a las tres semanas.
La investigación apunta hacia un método general para mejorar la reparación ósea después de un daño que podría aplicarse a productos médicos como los vendajes biodegradables. recubrimientos de implantes o injertos óseos para defectos críticos.
Los resultados aparecen en línea el 12 de diciembre en la revista. Materiales avanzados .
En 2014, Shyni Varghese, profesor de ingeniería biomédica, ingeniería mecánica y ciencia de los materiales, y ortopedia en Duke, estaba estudiando cómo los biomateriales populares hechos de fosfato de calcio promueven la reparación y regeneración ósea. Su laboratorio descubrió que la biomolécula adenosina juega un papel particularmente importante en estimular el crecimiento óseo.
Después de un estudio adicional, descubrieron que el cuerpo inunda naturalmente el área alrededor de una nueva lesión ósea con moléculas de adenosina que favorecen la curación, pero esos niveles localmente altos se metabolizan rápidamente y no duran mucho. Varghese se preguntó si mantener esos niveles altos durante más tiempo ayudaría al proceso de curación.
Shyni Varghese, profesor de ingeniería biomédica, ingeniería mecánica y ciencia de los materiales, y ortopedia en la Universidad de Duke. Crédito:Universidad de Duke
Pero había trampa.
"La adenosina es ubicua en todo el cuerpo en niveles bajos y realiza muchas funciones importantes que no tienen nada que ver con la curación de los huesos. ", Dijo Varghese." Para evitar efectos secundarios no deseados, teníamos que encontrar una manera de mantener la adenosina localizada en el tejido dañado y en niveles adecuados ".
La solución de Varghese fue dejar que el cuerpo dictara los niveles de adenosina mientras ayudaba a que la bioquímica se mantuviera alrededor de la lesión un poco más. Ella y Yuze Zeng, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Varghese, diseñó un vendaje de biomaterial aplicado directamente al hueso roto que contiene moléculas de boronato que se adhieren a la adenosina. Sin embargo, los lazos entre las moléculas no duran para siempre, lo que permite una liberación lenta de adenosina del vendaje sin que se acumule en otras partes del cuerpo.
En el estudio actual, Varghese y sus colegas demostraron por primera vez que los biomateriales porosos incorporados con boronatos eran capaces de capturar el aumento local de adenosina después de una lesión. Luego, los investigadores aplicaron vendajes preparados para capturar la propia adenosina del huésped o vendajes precargados con adenosina a las fracturas de tibia en ratones.
Después de más de una semana, los ratones tratados con ambos tipos de vendajes se curaron más rápido que aquellos con vendajes no preparados para capturar adenosina. Después de tres semanas, mientras que todos los ratones del estudio mostraron curación, los tratados con cualquier tipo de vendaje con adenosina mostraron una mejor formación ósea, mayor volumen óseo y mejor vascularización.
Este gráfico muestra el progreso de la curación de una fractura en un ratón tratado con un nuevo tipo de vendaje óseo que atrapa la adenosina nativa (arriba). está precargado con adenosina externa (en el medio), y no tiene adenosina en absoluto. La adenosina secuestrada claramente ayuda a que las rupturas se curen más rápido a simple vista hasta 14 días, con secciones transversales de los huesos que muestran más densidad y vascularización después de 21 días. Crédito:Shyni Varghese, Universidad de Duke
Los resultados mostraron que los vendajes que atrapan la adenosina no solo promueven la curación, funcionan tanto si están atrapando adenosina nativa como si están cargados artificialmente con ella, que tiene implicaciones importantes en el tratamiento de fracturas óseas asociadas con el envejecimiento y la osteoporosis.
"Nuestro trabajo anterior ha demostrado que los pacientes con osteoporosis no producen adenosina cuando se rompen los huesos, "Dijo Yuze." Estos primeros resultados indican que estos vendajes podrían ayudar a administrar la adenosina necesaria para reparar sus lesiones y evitar posibles efectos secundarios ".
Varghese y Yuze también ven otros caminos a seguir para las aplicaciones biomédicas. Por ejemplo, imaginan un vendaje biodegradable que atrapa la adenosina para ayudar a curar los huesos rotos y luego se descompone en el cuerpo. O para pacientes osteoporóticos, un vendaje permanente que se puede recargar con adenosina en los sitios que sufren lesiones repetidas. También imaginan un gel lubricante armado con adenosina que puede ayudar a prevenir las lesiones óseas causadas por el desgaste asociado con las cirugías reconstructivas de las articulaciones u otros implantes médicos.
"Hemos demostrado que este es un enfoque viable y hemos presentado una patente para futuros dispositivos y tratamientos, Pero nosotros aún tenemos un largo camino por seguir, "dijo Varghese." Los vendajes podrían diseñarse para capturar y retener la adenosina de manera más eficiente. Y, por supuesto, también tenemos que averiguar si estos resultados se mantienen en humanos o podrían causar algún efecto secundario ".
