Estos materiales podrían mejorar significativamente la calidad de la reparación ósea en comparación con las cerámicas, necesariamente macroporosas, que se reabsorben con dificultad y dan lugar a la formación de un hueso con una baja tasa de remodelación.
a) Micrografía SEM de hueso compacto humano descalcificado a bajo aumento. Escala: 50 µm.
b) Misma muestra a alto aumento. Escala: 5 µm.
c) Micrografía SEM de un material sintético a base de colágeno con una estructura biomimética densa y organizada (Col100). Escala: 5 µm.
d) Micrografía SEM de una red fibrilar de colágeno no organizada con grandes espacios interfibrilares (Col40). Escala: 2 µm.
El esquema bajo (b) ilustra la organización en contrachapado.
El tejido óseo está compuesto por una matriz híbrida orgánica/inorgánica formada principalmente por fibrillas de una proteína llamada colágeno y nanopartículas de apatita (HA), la fase cristalina más estable del fosfato de calcio. Es esta composición única la que confiere a los huesos sus propiedades mecánicas.
El hueso es un tejido notable que presenta una impresionante capacidad de autorreparación. Sin embargo, en caso de defectos importantes, esta capacidad innata de regeneración suele ser insuficiente. Los enfoques tradicionales de reparación ósea se basan en el uso de injertos de hueso autólogo, es decir, en los que el donante y el receptor son la misma persona. Estos injertos son muy eficaces debido a sus propiedades biológicas, que garantizan la aceptación del injerto, un buen crecimiento óseo y una red vascular establecida.
No obstante, estos injertos de hueso autólogo presentan ciertas limitaciones, como una cierta morbilidad relacionada con el sitio donante y la disponibilidad de una cantidad suficiente de hueso para la extracción. Por ello, la investigación se ha orientado hacia el desarrollo de sustitutos óseos alternativos capaces de acompañar eficazmente la regeneración de los tejidos.
Las cerámicas, y en particular las biocerámicas, materiales de base mineral, se utilizan ampliamente en la práctica clínica para la reparación de tejidos óseos. Aunque presentan propiedades mecánicas (rigidez) óptimas, su reabsorción en el organismo sigue siendo mejorable, sobre todo porque carecen de las propiedades conferidas por la matriz orgánica (vídeo).
En este contexto, científicos del Laboratorio de química de la materia condensada de París (CNRS/Sorbonne Université), en colaboración con médicos hospitalo-universitarios (Universidad de París Cité, Universidad de París Nord, Hospital Bichat, INSERM), veterinarios (IMM) y académicos (ENS Lyon), han desarrollado materiales diseñados mediante autoensamblaje biomimético que controla la disposición precisa del colágeno y la apatita. Han obtenido una estructura más cercana a la del hueso natural que la de todos los biomateriales existentes en el mercado.
Se ha puesto en marcha una batería de técnicas de análisis, como la histopatología, la tomografía asistida por ordenador, la difracción de rayos X de gran angular, la microindentación y la microscopía electrónica, para evaluar las prestaciones biológicas, mecánicas y estructurales de estos nuevos materiales. Los resultados demuestran su capacidad para mejorar significativamente la calidad de la reparación ósea en comparación con las cerámicas.
Estos materiales biomiméticos no solo favorecen la colonización celular, sino que también permiten que los procesos naturales de reabsorción y remodelación se desarrollen, lo que conduce a una curación más rápida y completa. Además, estos resultados demuestran por primera vez que los patrones estructurales de la matriz ósea pueden estar implicados en su rendimiento como injerto.
Este trabajo, publicado en Nature, abre nuevas vías para el desarrollo de biomateriales competitivos para la reparación y regeneración ósea, pero también para el establecimiento de modelos relevantes que permitan mejorar nuestra comprensión fundamental de la biomineralización ósea.
Redactor: CCdM
Referencia
Marc Robin, Elodie Mouloungui, Gabriel Castillo Dali, Yan Wang, Jean-Louis Saffar, Graciela Pavon-Djavid, Thibaut Divoux, Sébastien Manneville, Luc Behr, Delphine Cardi, Laurence Choudat, Marie-Madeleine Giraud-Guille, Anne Meddahi-Pellé, Fannie Baudimont, Marie-Laure Colombier & Nadine Nassif.
Mineralized collagen plywood contributes to bone autograft performance
Nature 2024
https://doi.org/10.1038/s41586-024-08208-z