Fabricación de estructuras tri-dimensionales para la regeneración ósea

Abstract

Este proyecto, realizado en el Institute for BioEngineering of Catalonia y por lo tanto implicado en el dominio de la ingeniería de los tejidos, pretende fabricar y caracterizar materiales híbridos que serían adecuados y eficientes para regeneración ósea. Este campo de la medicina regenerativa se enfrenta a muchos retos por lo que el hueso cumple un rol crítico en el cuerpo, gracias a una estructura compleja y una gran variedad de interacciones con su entorno. Los implantes estudiados están diseñados para imitar las propiedades del hueso en primer lugar, y luego degradarse de forma controlada, suelen basarse en estructuras porosas, compuesta por materiales híbridos como matrices poliméricas cargadas con una fase mineral bioactiva. En efecto, deben también promover la adhesión/proliferación de las células sobre su superficie e inducir la formación de una nueva vascularización. En este caso, nuestro estudio se dirige a nanoparticulas de vidrio bioactivo, incorporadas en fibras de ácido poliláctico. Para obtener la composición, la morfología y el tamaño deseados, esas partículas se fabricaron por un proceso sol-gel con catálisis básica. Un primer vidrio que fue estudiado es el “G5”: 44,5% P2O5, 44,5% CaO, 6% Na2O, 5% TiO2. Por otro lado, se intentaron desarrollar vidrios de Ti-Ca-P de composiciones diferentes. Luego se fabricaron fibras cargadas con esas partículas por electrospinning. Las partículas tanto como las fibras fueron caracterizadas, en cuanto a su morfología, composición química y microestructura. Se realizaron ensayos de degradación y viabilidad celular con las muestras más satisfactorias. Para el vidrio G5, el proceso estaba previamente ya definido, pues se intentó sobre todo mejorar la composición química y caracterizarlo. En cuanto a los demás, apareció que los vidrios con un bajo contenido en titanio tienden a ser más heterogéneos, con un aspecto irregular y una carencia en Ti. El uso de precursores de Ti de reactividad inferior mejora su integración en la red vítrea tanto como la esfericidad de las partículas. La sinterización y la cristalización parciales de las partículas ocurren incluso a temperaturas “baja” de calcinación como 450°C. Se consiguió controlar la velocidad de solubilización de nanopartículas mesoporosas con altos contenidos en Ti, acercándose de la de vidrios micrónicos. La morfología de las fibras, dependiente de la viscosidad del compuesto (y por lo tanto del contenido en vidrio), parece también afectar a la respuesta celular que genera.