Investigadores de la Universidad de Birmingham han desarrollado una nueva forma de fabricar materiales de reemplazo óseo que permite que las células crezcan alrededor y dentro de ellos.

El equipo adoptó un enfoque novedoso llamado quimiobriónica, en el que los componentes químicos son impulsados ​​de manera controlable para reaccionar juntos de maneras específicas, permitiendo el autoensamblaje de intrincadas estructuras bioinspiradas.

Los científicos observaron por primera vez estos 'jardines químicos' reales hace varios cientos de años, pero el interés renovado recientemente en el campo de la quimiobriónica ha hecho que los investigadores utilicen estas técnicas para diseñar nuevos materiales a micro y nanoescala.

Los investigadores de Birmingham se propusieron explorar si la quimiobriónica también podría aprovecharse para aplicaciones biotecnológicas.

El autor principal Erik Hughes, de la Escuela de Ingeniería Química de la Universidad de Birmingham, explica:"Nos propusimos investigar si la quimiobriónica podría usarse para formar arquitecturas que sean química y estructuralmente similares al hueso humano. Una vez que se establece un método para generar tales estructuras, el siguiente paso natural es evaluar si los materiales quimiobriónicos pueden proporcionar estructuras ideales para la regeneración ósea ".

El equipo utilizó un gel cargado de calcio en capas bajo una solución de fosfato, y logró cultivar tubos huecos a microescala largos de material de hidroxiapatita que es similar en composición al hueso natural. La hidroxiapatita se usa comúnmente como material sustituto óseo, pero normalmente se fabrica en forma de polvo o como un bloque duro, que luego necesita ser moldeado con un procesamiento adicional.

Las estructuras individuales cultivadas por el equipo de Birmingham son aproximadamente tan gruesas como un mechón de cabello humano. Estos tubos poseen características distintivas, incluidas las superficies porosas que promueven las interacciones con las células. Publicado en Ciencia de biomateriales de RSC , el estudio demuestra la similitud de los tubos con muchas de las estructuras que se encuentran en el tejido óseo, como las osteonas, canales cilíndricos largos en el hueso que albergan los vasos sanguíneos.

"Podemos encontrar muchos ejemplos de principios quimiobriónicos en funcionamiento en la naturaleza, "explica Erik." Por ejemplo, en el fondo del océano, vemos fluidos ricos en minerales calientes emitidos por respiraderos hidrotermales que reaccionan con el agua de mar fría para formar estructuras parecidas a chimeneas. Estamos explotando estos mismos mecanismos para hacer estas nuevas estructuras para aplicaciones en medicina regenerativa ".

El equipo ha probado la capacidad de los tubos para soportar la unión celular, viabilidad y crecimiento en el laboratorio utilizando células madre. Pudieron mostrar una amplia propagación de las células y su extensión dentro de los tubos después de solo 48 horas. lo que indica interacciones favorables entre el material y la célula.

"El uso de quimiobriónicos para producir materiales que son biocompatibles es un enfoque relativamente nuevo, pero estamos muy entusiasmados con su potencial, "dice la co-primera autora Miruna Chipara, quien también tiene su sede en la Escuela de Ingeniería Química de la Universidad de Birmingham. "En particular, la forma en que estas estructuras promueven la integración celular significa que podrían ser ampliamente útiles para la regeneración ósea ".

Los próximos pasos para los investigadores incluyen realizar más pruebas para demostrar las propiedades de los materiales tubulares y cómo pueden modificarse para mejorar la regeneración de tejidos. Los investigadores tienen la esperanza de que su trabajo conduzca al desarrollo de una nueva clase de materiales sustitutivos óseos quimiobriónicos.