Biomateriales degradables de colágeno

Investigan mejores biomateriales destinados a la regeneración ósea

El Harley Lab desarrolla biomateriales de andamio de colágeno que contienen componentes que se encuentran en los huesos, como iones de calcio y fosfato, y compuestos de azúcar llamados glicosaminoglicanos (GAG)

Imagen de microscopio electrónico del andamio de colágeno mineralizado que muestra los cristales minerales y las fibras de colágeno. El color ha sido añadido por los investigadores (Foto: Marley Dewey)
Imagen de microscopio electrónico del andamio de colágeno mineralizado que muestra los cristales minerales y las fibras de colágeno. El color ha sido añadido por los investigadores (Foto: Marley Dewey)

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Redacción SaluDigital Redacción SaluDigital

27.11.2021 - 00:15

Las lesiones óseas en la cara y el cráneo, conocidas como defectos craneomaxilofaciales, pueden ser causadas por lesiones deportivas, accidentes automovilísticos o lesiones en escenarios de guerra. La reparación de tales defectos es complicada porque los diferentes tipos de células necesitan interactuar entre sí. En un nuevo estudio, los investigadores de "Harley Lab", del Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, EE. UU, están investigando los tipos de material utilizado en la reconstrucción para ver cuál funciona mejor.

Más de dos millones de cirugías de injerto óseo ocurren anualmente en todo el mundo. Los defectos óseos CMF suelen tener una forma irregular, por lo que a menudo se reparan con biomateriales regenerativos. El Harley Lab desarrolla biomateriales de andamio de colágeno que contienen componentes que se encuentran en los huesos, como iones de calcio y fosfato, y compuestos de azúcar llamados glicosaminoglicanos (GAG).

"Nuestro laboratorio se centra en el desarrollo de biomateriales degradables, también conocidos como andamios, para la reparación de huesos y tejidos", indicó Vasiliki Kolliopoulos, estudiante de posgrado en el laboratorio de Harley. “Hay muchos tipos de células en el entorno óseo que contribuyen a la curación, incluidas las células madre que forman el hueso y los monocitos que ayudan con la respuesta inmunitaria. Este estudio investigó cómo el material del andamio afecta el comportamiento combinado de estas diferentes células".

Científicos de Harvey Lab están investigando mejores biomateriales destinados a la regeneración ósea

Los investigadores adaptaron un biomaterial de colágeno para incluir uno de los tres tipos diferentes de GAG ​​que se encuentran en el microambiente del tejido óseo: condroitina-4-sulfato, condroitina-6-sulfato y heparina. Luego investigaron cómo estos GAG influyen en los procesos importantes para la regeneración ósea, como la actividad de las células madre, la activación de las células inmunes y la actividad de las células endoteliales, que es importante para la formación de nuevos vasos sanguíneos.

Para ello, se añadieron células madre a los andamios y se recogió la solución o medio circundante durante un máximo de veintiún días. Las células madre son poderosas fábricas de moléculas que pueden influir en otras células del entorno de la herida. Una vez recogido, el medio acondicionado se añadió a cultivos de células endoteliales, que se encuentran en los vasos sanguíneos. "La regeneración ósea requiere el crecimiento de los vasos sanguíneos y no muchas personas han observado cómo los materiales del andamio afectan las células endoteliales y cómo podrían mejorar la reparación ósea", apuntó Marley Dewey, una ex estudiante de posgrado en el laboratorio de Harley.

Los investigadores siguieron el crecimiento de las células endoteliales durante 6 a 12 horas. "Aunque se sabe que la heparina influye directamente en la formación de vasos sanguíneos, para nuestra sorpresa vimos que los medios generados por las células madre en los andamios de condroitina-6-sulfato condujeron a la mayor cantidad de desarrollo de vasos sanguíneos en comparación con los otros dos armazones", afirmó Kolliopoulos. .

También se estudió el medio acondicionado para determinar los tipos de moléculas, conocidas como factores solubles, que ayudan en el desarrollo de los vasos sanguíneos y los huesos. Finalmente, los investigadores agregaron los medios acondicionados a los monocitos y rastrearon su crecimiento durante 21 días para medir los tipos de células inmunes en las que se convirtieron. Descubrieron que los tipos y la cantidad de factores solubles eran diferentes para cada tipo de andamio, y los medios de condroitina-6-sulfato producían la mayor cantidad de células inmunes que ayudan durante una respuesta inflamatoria.

Los resultados muestran que los factores solubles juegan un papel importante en estos sistemas multicelulares

Los investigadores planean investigar más a fondo las respuestas de las células inmunes. “Las células madre pueden enviar una señal a los monocitos cuando su cuerpo hace sonar la alarma de que algo anda mal. Por lo tanto, queremos ver si las células madre que se cultivan en los andamios en un entorno inflamatorio secretarán un cóctel diferente de factores solubles ”, dijo Kolliopoulos.

“Estos resultados muestran que los factores solubles juegan un papel importante en estos sistemas multicelulares”, destaca Kolliopoulos. "Demostramos que existen diferencias en las respuestas de las células según el material que se utilice y es importante comprender estas interacciones antes de pasar a experimentos más complicados".

No está claro qué aspecto del material del andamio está contribuyendo a las diferencias en los factores de crecimiento y el crecimiento celular, un problema que el laboratorio de Harley planea abordar a continuación. “Después de identificar cómo influyen los andamios en las células, queremos combinar los diferentes tipos de células para ver qué sucede”, indicó Kolliopoulos. “Estamos intentando desarrollar biomateriales que los cirujanos utilizarán para reparar defectos óseos. Es importante comprender qué hacen estos materiales en varios tipos de células".

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