Pasta cerámica, alternativa para la regeneración de huesos

UNAL/DICYT Traumatismos, enfermedades, accidentes deportivos, domésticos o de trabajo, entre otras afecciones, pueden representar pérdida de hueso, algunas veces en grandes proporciones, por lo cual la ciencia ha venido desarrollando estrategias para ayudar a las personas a superar estos inconvenientes. Una de ellas es la fabricación de scaffolds (andamios) utilizados para la regeneración del tejido óseo dañado o perdido, los cuales se encargan de soportar las cargas que dan forma al tejido que se va a regenerar y sirven de guía a las células para depositar hueso nuevo.

Aunque en los últimos años, los sistemas más utilizados son las prótesis de tipo cerámico o metálico, han sido poco efectivas principalmente porque sus estructuras no se degradan con el tiempo, sino que quedan en el cuerpo de forma permanente, ocasionando que en algunos casos, el organismo genere rechazo en el sistema óseo e impidiendo la aceptación del cuerpo extraño. Es ahí donde el desarrollo de una pasta cerámica a base de fosfato de calcio y biovidrio –por su capacidad de biodegradación y alta biocompatibilidad– aparece como una alternativa más efectiva para regenerar los huesos, en especial los “esponjosos” (menos denso con partes huecas), como el de la zona de la mandíbula. Esta propuesta fue el resultado de la investigación de Natalia Isabel Jaramillo Gómez, doctora en Ingeniería - Ciencia y Tecnología de Materiales de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Medellín y miembro del Grupo de Investigación Cerámicos y Vítreos. “Como estudiantes de doctorado siempre procuramos que las investigaciones tengan una aplicabilidad y no se queden únicamente en un laboratorio”, explicó.

La pasta es una mezcla biodegradable de dos tipos de material cerámico que contiene fosfato de calcio (componente principal del hueso humano) y biovidrio (que ayuda en la biodegradabilidad del material), y que permite que las células de estos tejidos se regeneren más rápidamente. Un desarrollo científico útil cuando el desgaste del tejido óseo es tan grande que no se puede reparar por sí mismo.

Según la doctora Jaramillo, aunque en el mundo los procedimientos centrados en la recuperación del tejido óseo o en la reparación de la funcionalidad del hueso ya incluyen algunos biomateriales, aún quedan inconvenientes por superar, como la correcta combinación de sus propiedades mecánicas, la velocidad de degradación del material, la porosidad, y si es o no biocompatible, entre otras.

Explica además que “en la actualidad se encuentran scaffolds de polímeros naturales como colágeno, quitosano, seda, alginato, ácido hialurónico y péptidos, entre otros materiales, con propiedades atractivas para la regeneración ósea, y aunque se comportan muy bien en cuanto a su biocompatibilidad, biodegradabilidad, estimulación de la proliferación y diferenciación celular, algunos presentan baja estabilidad mecánica lo que limita su uso como soporte, por lo que es necesario reforzarlos con otros materiales para mejorarlos”.

Cada 23 a 30 días los huesos de una persona sana o sin traumatismos óseos hacen su proceso de reabsorción y de deposición de calcio y fosfato para generar hueso nuevo; sin embargo, en algunos casos esta regeneración no es posible por la gravedad del daño, o se da de forma lenta y tardía.

Desde cero

El grupo de científicos comenzó el trabajo haciendo la síntesis del material, de donde solo adquirieron los reactivos químicos que se iban a utilizar y los dos materiales cerámicos: el biovidrio, que tiene la capacidad de estimular la degradación del material cerámico y de generar depósitos de calcio una vez el andamio cerámico se acopla con el hueso, ayudando a que se degrade con mayor rapidez, y el fosfato de calcio que cumple la función de soportar y direccionar los procesos de regeneración òsea gracias a su componente similar al hueso humano.

Según la investigadora Jaramillo, aunque existe evidencia sobre la biocompatibilidad de los materiales cerámicos –es decir que aunque son inorgánicos al entrar en contacto con el sistema biológico funcionan a la perfección– en el mundo hay pocas expectativas para su uso en enfermedades óseas.

“Cuando se habla de un biovidrio, las personas suelen pensar que se trata de un vidrio de ventana roto en pequeños pedazos, pero no es así. Se trata de un material que tiene una estructura interna un poco desordenada, que al unirla con Boro (elemento químico) logramos volverlo más amigable en el organismo, pese a ser un material cerámico. Con esta combinación el biovidrio tiene la capacidad de biodegradarse y no quedar en el cuerpo como un elemento extraño, por lo que no habría reacciones negativas por parte de los pacientes”, explica.

“El sistema óseo tiene dos tipos de hueso, nosotros tratamos de simular el hueso esponjoso, porque una de nuestras particularidades, era ver cómo funcionaban la regeneración de maxilares inferiores, donde hay una gran extensión de este tipo de hueso. Este hueso tiene características de alta porosidad, el cual tratamos de simular cuando se hizo la impresión del andamio”.

Posteriormente, para lograr una interacción celular con este material, los investigadores tomaron células madre provenientes de dos fuentes: una por liposucción de grasa humana, obtenida con consentimiento –para fines investigativos– de los pacientes sometidos a este procedimiento, y la otra fueron células madre de pulpa dental de pacientes a quienes se les extrajo alguna pieza dental, en especial las cordales.

“Con las células madre hicimos un proceso de diferenciación –que duró cerca de 40 días– para verificar que fueran células osteogénicas, es decir de linaje óseo, o proveniente del hueso, y así cumplir los objetivos de demostrar que ese andamio impreso en 3D a base de materiales cerámicos servía perfectamente de soporte para una regeneración ósea sin rastros de cuerpo extraño”, explica la doctora Jaramillo.

Agrega que a través de procesos citotóxicos –que indicaban si las células se podían adherir o no al organismo– se evidenció que el material no generó ningún daño a nivel celular, por lo que se confirmó su biocompatibilidad en un 100 %.

Aplicación

“En este momento estamos en conversaciones con un profesor de la UNAL Sede Bogotá para verificar el éxito de los ensayos de este material en animales, pasando de un proceso in vitro realizado en laboratorio a uno in vivo. Si los resultados son igualmente favorables, pasaremos a considerar su uso en pacientes odontológicos”.

Según la investigadora, “esta sería una alternativa con una valiosa relación costo-beneficio, pues aunque la tecnología puede resultar un poco más costosa que las técnicas convencionales de materiales metálicos que solo proveen soporte y funcionalidad, la mezcla de cerámicas presenta una ventaja insuperable en el hecho de que el paciente no quedaría de por vida con un cuerpo extraño”.

“Es una forma de cambiar los paradigmas, sobre todo porque desde hace años se viene todo un movimiento de hacernos más amigables con los procesos de envejecimiento y regeneración, donde entre menos cuerpos extraños tengamos en nuestro organismo, menos complicaciones tendrá nuestra salud”.