Los defectos óseos críticos causados por traumatismos, extirpaciones tumorales o enfermedades congénitas representan un gran desafío médico, ya que las tasas de fracaso en los injertos óseos son altas debido a la insuficiencia en el suministro sanguíneo necesario para su integración y regeneración. Para abordar este problema, investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña han desarrollado nuevos andamios impresos en 3D hechos de ácido poliláctico y fosfato de calcio. Estos innovadores andamios promueven la formación de vasos sanguíneos, lo que garantiza una mejor cicatrización y regeneración del tejido óseo.
El hueso es un tejido altamente vascularizado, y la relación entre la angiogénesis -formación de vasos sanguíneos- y la cicatrización ósea ha sido discutida durante mucho tiempo por la comunidad científica, con varios estudios que describen el deterioro de la cicatrización ósea debido a la falta o disminución de la angiogénesis. Los enfoques tradicionales, como el uso de injertos, a menudo resultan en complicaciones debido a un suministro vascular inadecuado a los implantes, lo que conduce a una integración deficiente y a la formación de tejido necrótico.
Este innovador método permite crear andamios personalizables que imitan la estructura del hueso natural, esencial para potenciar la infiltración celular y el intercambio de nutrientes durante el proceso de cicatrización.
Celia Ximenes-Carballo
Para hacer frente a este problema, investigadores del IBEC liderados por Óscar Castaño, investigador principal del grupo de Biomateriales para Terapias Regenerativas, desarrollaron un enfoque novedoso, publicado recientemente en la revista Biomaterials Advances. Aplicaron la técnica de bioimpresión 3D para desarrollar andamios de estructura vítrea a base de ácido poliláctico y fosfato de calcio que favorecen la angiogénesis y la maduración de los vasos sanguíneos.
El hueso se compone tanto de una parte orgánica no mineralizada (principalmente colágeno) como de una parte inorgánica mineralizada (principalmente hidroxiapatita). En esta estructura, la porosidad 3D es necesaria para asegurar el transporte de nutrientes y oxígeno, así como para permitir la vascularización, la infiltración celular y la eliminación de desechos. El enfoque de los investigadores se basó en el uso de andamios de estructura vítrea a base de fosfato de calcio (CaP) para mejorar las propiedades del ácido poliláctico (PLA) y obtener un material que cumpla con las necesidades químicas, mecánicas y biológicas del tejido óseo.
Los nuevos andamios PLA-CaP permiten una adecuada vascularización, que no solo cicatriza el tejido, sino que también permite una regeneración eficiente, lo que se traduce en la reducción o eliminación de daños en el hueso. Para crear estos andamios, los investigadores emplearon la impresión 3D para lograr un control preciso sobre la geometría del andamio, la porosidad y las características de la superficie. «Este innovador método permite crear andamios personalizables que imitan la estructura del hueso natural, esencial para potenciar la infiltración celular y el intercambio de nutrientes durante el proceso de cicatrización», explica Celia Ximenes-Carballo, primera autora del estudio.
Las pruebas realizadas in vitro revelaron que los andamios impresos en 3D favorecieron la proliferación de células madre mesenquimales humanas y estimularon la secreción del factor de crecimiento endotelial vascular, un factor crítico que promueve la formación de vasos sanguíneos. Además, los andamios mantuvieron la liberación de iones de calcio a niveles fisiológicos, otro elemento vital para estimular la vascularización.
Por otro lado, las pruebas subcutáneas in vivo en un modelo de ratón también mostraron resultados prometedores. Tan solo una semana después de la implantación, los andamios mostraron una buena integración y una notable infiltración de vasos sanguíneos. Los andamios PLA-CaP fueron particularmente efectivos, mostrando una mayor maduración de los vasos después de cuatro semanas sin signos de regresión vascular. El análisis de los vasos sanguíneos reveló que las paredes eran inicialmente delgadas, pero se volvieron más gruesas y estables con el tiempo. Esta progresión indica que los andamios no solo ofrecen un apoyo inicial para el crecimiento de los vasos sanguíneos, sino que también fomentan un entorno propicio para una vascularización duradera, esencial para la regeneración ósea.
“Creemos que nuestros andamios impresos en 3D podrían revolucionar la forma en que abordamos la regeneración ósea. Al mejorar la vascularización, podemos mejorar significativamente los resultados de curación y reducir las posibilidades de complicaciones asociadas con los métodos de injerto tradicionales”
El desarrollo de estos andamios avanzados pone de manifiesto los efectos sinérgicos de combinar la tecnología de impresión 3D con materiales bioactivos como las partículas liberadoras de calcio. La arquitectura de los andamios PLA-CaP no solo facilita una mejor vascularización, sino que también apoya la osteogénesis, abriendo el camino para estrategias de curación ósea más efectivas con el potencial de reducir las tasas de fracaso de los injertos.
Artículo referenciado:
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
