Els defectes ossis crítics causats per traumatismes, extirpacions tumorals o malalties congènites representen un gran desafiament mèdic, ja que les taxes de fracàs en els empelts ossis són altes a causa de la insuficiència en el subministrament sanguini necessari per a la seva integració i regeneració. Per a abordar aquest problema, investigadors de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya han desenvolupat noves bastides impreses en 3D fetes d’àcid polilàctic i fosfat de calci. Aquestes innovadores bastides promouen la formació de vasos sanguinis, garantint una millor cicatrització i regeneració del teixit ossi.
L’os és un teixit altament vascularitzat, i la relació entre l’angiogènesi -formació de vasos sanguinis- i la cicatrització òssia ha estat discutida durant molt de temps per la comunitat científica, amb diversos estudis que descriuen la deterioració de la cicatrització òssia a causa de la falta o disminució de l’angiogènesi. Els enfocaments tradicionals, com l’ús d’empelts, sovint causen complicacions a causa d’un subministrament vascular inadequat als implants, la qual cosa condueix a una integració deficient i a la formació de teixit necròtic.
Aquest innovador mètode permet crear bastides personalitzables que imiten l’estructura de l’os natural, essencial per a potenciar la infiltració cel·lular i l’intercanvi de nutrients durant el procés de cicatrització
Celia Ximenes-Carballo
Per a fer front a aquest problema, investigadors de l’IBEC liderats per Óscar Castaño, investigador principal del grup de Biomaterials per a Teràpies Regeneratives, van desenvolupar un enfocament nou, publicat recentment en la revista Biomaterials Advances. Van aplicar la tècnica de bioimpressió 3D per a construir bastides d’estructura vítria a base d’àcid polilàctic i fosfat de calci, que afavoreixen l’angiogènesi i la maduració dels vasos sanguinis.
L’os es compon tant d’una part orgànica no mineralitzada (principalment col·lagen) com d’una part inorgànica mineralitzada (principalment hidroxiapatita). En aquesta estructura, la porositat 3D és necessària per a assegurar el transport de nutrients i oxigen, així com per a permetre la vascularització, la infiltració cel·lular i l’eliminació de residus. L’enfocament dels investigadors es va basar en l’ús de bastides d’estructura vítria a base de fosfat de calci (CaP) per a millorar les propietats de l’àcid polilàctic (PLA) i obtenir un material que compleixi amb les necessitats químiques, mecàniques i biològiques del teixit ossi.
Les noves bastides de PLA-CaP permeten una adequada vascularització, que no només cicatritza el teixit, sinó que també permet una regeneració eficient, la qual cosa es tradueix en la reducció o eliminació de danys en l’os. Per a crear aquestes bastides, els investigadors van emprar la impressió 3D per a aconseguir un control precís sobre la geometria de la bastida, la porositat i les característiques de la superfície. “Aquest innovador mètode permet crear bastides personalitzables que imiten l’estructura de l’os natural, essencial per a potenciar la infiltració cel·lular i l’intercanvi de nutrients durant el procés de cicatrització”, explica Celia Ximenes-Carballo, primera autora de l’estudi.
Les proves realitzades in vitro van revelar que les bastides impreses en 3D van afavorir la proliferació de cèl·lules mare mesenquimàtiques humanes i van estimular la secreció del factor de creixement de l’endoteli vascular, un factor crític que promou la formació de vasos sanguinis. A més, les bastides van mantenir l’alliberament d’ions de calci a nivells fisiològics, un altre element vital per a estimular la vascularització.
D’altra banda, les proves subcutànies in vivo en un model de ratolí també van mostrar resultats prometedors. Tan sols una setmana després de la implantació, les bastides van mostrar una bona integració i una notable infiltració de vasos sanguinis. Les bastides de PLA-CaP van ser particularment efectives, mostrant una major maduració dels vasos després de quatre setmanes sense signes de regressió vascular. L’anàlisi dels vasos sanguinis va revelar que les seves parets eren inicialment fines, però es van tornar més sòlides i estables amb el temps. Aquesta progressió indica que les bastides no només ofereixen un suport inicial per al creixement dels vasos sanguinis, sinó que també fomenten un entorn propici per a una vascularització persistent, essencial per a la regeneració òssia.
Creiem que les nostres bastides impreses en 3D podrien revolucionar la forma en què abordem la regeneració òssia. En millorar la vascularització, podem millorar significativament els resultats de curació i reduir les possibilitats de complicacions associades amb els mètodes d’empelt tradicionals”
Óscar Castaño, investigador sènior de l’IBEC.
El desenvolupament d’aquestes innovadores bastides posa de manifest els efectes sinèrgics de combinar la tecnologia d’impressió 3D amb materials bioactius com les partícules alliberadores de calci. L’arquitectura de les bastides de PLA-CaP, a més de facilitar una millor vascularització, també dona suport a l’osteogènesi, obrint el camí per a estratègies de curació òssia més efectives amb el potencial de reduir les taxes de fracàs dels empelts.
Article referenciat:
Celia Ximenes-Carballo, Sergi Rey-Viñolas, Barbara Blanco-Fernandez, Soledad Pérez-Amodio, Elisabeth Engel, Oscar Castaño. Combining three-dimensionality and CaP glass-PLA composites: Towards an efficient vascularization in bone tissue healing. Biomaterials Advances, 164 (2024) 213985. DOI: 10.1016/j.bioadv.2024.213985
