Un vendaje óseo piezoeléctrico acelera la curación de fracturas óseas

Unos científicos han conseguido rejuvenecer eficazmente huesos del cráneo dañados en ratones mediante el desarrollo de un andamio biomimético independiente. Este innovador “vendaje óseo” incorpora una estructura piezoeléctrica y aprovecha los atributos potenciadores del crecimiento de un mineral natural. La aplicación de esta técnica se extiende a diversas posibilidades de regeneración ósea y al campo más amplio de la medicina regenerativa.

Las sustancias piezoeléctricas producen una carga eléctrica cuando se someten a una tensión mecánica. El hueso, al ser un material piezoeléctrico, presenta un microentorno eléctrico que influye significativamente en el proceso de reparación ósea, estimulando eficazmente la regeneración ósea. Sin embargo, el intrincado proceso de regeneración ósea depende de una combinación de factores mecánicos, eléctricos y biológicos.

Un enfoque novedoso que integra la piezoelectricidad y el mineral óseo natural
Los métodos actuales de regeneración ósea, como injertos o andamios que liberan factores de crecimiento, presentan limitaciones como complicaciones en la zona donante, disponibilidad restringida y gastos elevados. Investigadores del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST) han introducido un método innovador de regeneración ósea que combina la piezoelectricidad con un mineral óseo natural.

La hidroxiapatita (HAp), presente en huesos y dientes, contribuye a la resistencia estructural y la regeneración del hueso. La HAp, ampliamente utilizada en dentífricos para remineralizar el esmalte, ha demostrado potenciar la osteogénesis (formación de hueso) y actuar como andamio para el crecimiento de hueso nuevo. Por sus propiedades piezoeléctricas y su superficie rugosa, el HAp es un candidato ideal para construir andamios que faciliten el crecimiento óseo.

Los investigadores crearon un andamio biomimético independiente incorporando hidroxiapatita (HAp) al armazón piezoeléctrico de fluoruro de polivinilideno-co-trifluoroetileno (P(VDF-TrFE)), una película polimérica. Este andamiaje autónomo genera señales eléctricas bajo presión, lo que lo distingue de investigaciones anteriores que combinaban HAp y P(VDF-TrFE) sólo como recubrimientos de prótesis metálicas. Los investigadores afirman que su innovador planteamiento ofrece una plataforma versátil para la regeneración ósea que va más allá de las aplicaciones superficiales.

Fijación celular, proliferación y osteogénesis promovidas por HAp en comparaciones de andamios
Las comparaciones in vitro entre andamios con y sin HAp revelaron un aumento de entre el 10% y el 15% en la fijación celular en los andamios de HAp. Tras cinco días de cultivo celular, la proliferación celular era entre un 20% y un 30% mayor y los niveles de osteogénesis eran aproximadamente entre un 30% y un 40% superiores en los andamios de HAp. Estos resultados indican que la HAp maximiza las propiedades piezoeléctricas del andamio, creando un entorno similar a la matriz extracelular del organismo. La matriz extracelular es el componente no celular de todos los tejidos, y proporciona una estructura física crucial y señales esenciales para la regeneración tisular.

Durabilidad del andamiaje HAp/P(VDF-TrFE) y mejora de la regeneración ósea en un modelo de ratón

Los investigadores procedieron a evaluar la eficacia de sus andamios HAp/P(VDF-TrFE) en ratones colocándolos sobre defectos en los huesos del cráneo de los animales (calvaria). Estos andamios mantuvieron su integridad estructural durante seis semanas sin ninguna deformación. Todos los ratones sobrevivieron al experimento y no se observaron efectos adversos, como infecciones o respuestas inflamatorias. Al comparar los ratones con andamios de HAp con los grupos de control sin formación ósea, se observó una mejora significativa de la regeneración ósea tras dos, cuatro y seis semanas de implantación.

Seungbum Hong, uno de los autores correspondientes del estudio, declaró: “Hemos desarrollado un material compuesto piezoeléctrico basado en HAp que puede actuar como un ‘vendaje óseo’ acelerando la regeneración ósea. Esta investigación no sólo apunta hacia un enfoque novedoso en el diseño de biomateriales, sino que también es significativa en la investigación de los impactos de la piezoelectricidad y las propiedades de la superficie en la regeneración ósea.”

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