Cuando el propio organismo no es capaz de regenerar los defectos óseos que sufre, suele ser de gran ayuda colocar estructuras compatibles y biodegradables que sirvan como andamios temporales en el tejido dañado. El grupo NanoBioCel de la Facultad de Farmacia de la UPV/EHU y del CIBER-BBN ha liderado el desarrollo de uno de estos andamios, que además de soporte físico, ofrece la oportunidad de liberar factores de crecimiento imitando la forma en la que lo hace el cuerpo.
La medicina regenerativa es una disciplina en continuo auge que engloba todo un arsenal de estrategias terapéuticas, desde proteínas recombinantes y células madre hasta materiales y matrices para la liberación de fármacos y factores de crecimiento. El grupo NanoBioCel que lidera José Luis Pedraz, ha desarrollado uno de esos andamios, o matrices para los casos de defectos óseos críticos, como los que pueden generarse en situaciones como quemaduras, traumatismos o extracciones tumorales para sustituir temporalmente la matriz del hueso y ayudar a la regeneración del tejido óseo.
Con el objetivo de que el material fuera biodegradable, y reducir el riesgo de rechazo, "recurrimos a un derivado del colágeno, una gelatina que se produce al procesar el colágeno, ya que se ha visto que es menos citotóxico que el propio colágeno, pero mantiene las propiedades que buscábamos", explica Pello Sánchez, miembro del grupo NanoBioCel. Además, para la polimerización de las proteínas de la gelatina y la cohesión del andamio, utilizaron una molécula que se extrae del fruto de la gardenia, la genipina, "ya que presenta una toxicidad menor para las células".
Más allá de la capacidad de sustentar células madre mesenquimales, las encargadas de la regeneración de la matriz ósea, los investigadores buscaban que el material fuera capaz de retener y liberar factores de crecimiento en la forma y cantidad necesaria en cada momento, ya que "son las proteínas capaces de indicar a las células lo que deben hacer, y de esta forma mejorar el proceso de regeneración", aclara el investigador. En su investigación, una de las propiedades más novedosas que buscaban era que "el andamio tuviera unos perfiles de liberación adecuados, imitando a lo que sucede en el organismo. Trabajamos con dos factores de crecimiento muy importantes en la regeneración ósea, y queríamos que hubiera una liberación de uno de ellos en los primeros dos días tras el traumatismo, y el otro tuviera una liberación más sostenida".
Resultados prometedores, incluso en estudios preclínicos
Una vez diseñado el andamio, lo sometieron a diferentes ensayos y procesos para conocer sus propiedades, biocompatibilidad y posible citotoxicidad. "En todas las pruebas los resultados fueron satisfactorios. En uno de los ensayos, incluso, las células respondieron mejor de lo esperado: Hicimos crecer una alfombra de células en un soporte convencional, y pusimos encima de estas el andamio, para ver si el contacto ocasionaba toxicidad o muerte celular. Al levantar el andamio vimos que se creó un hueco en toda la superficie que había estado en contacto con él. En un principio pensamos que podía haber habido muerte celular, pero después nos dimos cuenta de que lo que había pasado era que las células habían migrado al andamio, que preferían la gelatina al plástico donde habían crecido", relata Sánchez.
En cuanto a los perfiles de liberación de los factores de crecimiento, Sánchez cuenta que "vimos que también se conseguía el objetivo de imitar lo que sucede en la naturaleza. El factor de crecimiento que debía liberarse los primeros días fue liberado, efectivamente, durante las primeras 24 horas. Se trata de la SHH, una proteína que se expresa en momentos muy concretos y en lugares muy concretos, y en cantidades muy pequeñas. En los casos de fracturas de hueso, se expresa los dos primeros días solamente, y su función es activar diversos genes de las células adyacentes, que fomentan la generación ósea".
El segundo factor de crecimiento, el VEGF, también se liberó de acuerdo con la forma en que lo hace el cuerpo: "En este caso, es una proteína que produce angiogénesis, es decir, provoca la producción de vasos sanguíneos, y también atrae a las células para ayudar en la producción de tejido óseo".
Este estudio es la primera parte de un proyecto que actualmente ya ha realizado estudios preclínicos en animales "con resultados prometedores, los cuales están en vía de ser publicados. Hemos propuesto, incluso, un nuevo modelo para la realización de estos ensayos en animales. A partir de ahora podremos ir mejorando lo conseguido hasta la fecha, como introducir otros elementos como el calcio, u otros factores de crecimiento, que mejoren la regeneración", concluye el investigador.
Información complementaria
El proyecto forma parte de una nueva línea de investigación impulsada por los doctores Gorka Orive y José Luis Pedraz, cuyo grupo de investigación NanoBioCel del Laboratorio de Farmacia y Tecnología Farmacéutica de la UPV/EHU, es miembro, a su vez, del CIBER-BBN. En la investigación han contado con la colaboración de la empresa UCA (Unidad de Cirugía Artroscópica), y el trabajo de la empresa AGRENVEC, que fue la proveedora de los factores de crecimiento.
Referencia bibliográfica
P. Sánchez, J.L. Pedraz, G. Orive.. Biologically active and biomimetic dual gelatin scaffolds for tissue engineering. International Journal of Biological Macromolecules, 98: 486–494 (2017). DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2016.12.092.
