Los científicos crean "jardines químicos" que pueden ser usados como materiales de sustitución ósea
Una nueva forma de hacer materiales de reemplazo de hueso que permite que las células crezcan alrededor y dentro de ellas ha sido desarrollada por investigadores de la Universidad de Birmingham.
El equipo adoptó un novedoso enfoque llamado quimobriónica, en el que los componentes químicos son impulsados de manera controlada para reaccionar juntos de formas específicas, permitiendo el autoensamblaje de intrincadas estructuras bioinspiradas.
Los científicos observaron por primera vez estos "jardines químicos" de aspecto real hace varios cientos de años, pero el reciente interés renovado en el campo de la quimobriónica ha visto a los investigadores utilizar estas técnicas para diseñar nuevos materiales a micro y nanoescala.
Los investigadores de Birmingham se propusieron explorar si la quimobriónica también podría aprovecharse para aplicaciones biotecnológicas.
El autor principal Erik Hughes, de la Escuela de Ingeniería Química de la Universidad de Birmingham, explica: "Nos propusimos investigar si la quimobriónica podría utilizarse para formar arquitecturas que sean química y estructuralmente similares al hueso humano. Una vez que se establece un método para generar tales estructuras, el siguiente paso natural es evaluar si los materiales quimobriónicos pueden proporcionar marcos ideales para la regeneración ósea".
El equipo utilizó un gel cargado de calcio y colocado en capas bajo una solución de fosfato, y logró hacer crecer largos tubos huecos a escala microscópica de material de hidroxiapatita que es similar en su composición al hueso natural. La hidroxiapatita se utiliza comúnmente como material sustitutivo de los huesos, pero se suele fabricar en forma de polvo o de bloque duro, al que luego se le debe dar forma con un procesamiento posterior.
Las estructuras individuales crecidas por el equipo de Birmingham son aproximadamente tan gruesas como una hebra de cabello humano. Estos tubos poseen características distintivas, incluyendo superficies porosas que promueven la interacción con las células. Publicado en RSC Biomaterials Science, el estudio demuestra la similitud de los tubos con muchas de las estructuras que se encuentran en el tejido óseo, como los osteones - largos canales cilíndricos en el hueso que albergan los vasos sanguíneos.
"Podemos encontrar muchos ejemplos de principios quimobriónicos que funcionan en la naturaleza", explica Erik. "Por ejemplo, en el fondo del océano, vemos fluidos calientes ricos en minerales emitidos por los respiraderos hidrotermales que reaccionan con el agua de mar fría para formar estructuras similares a una chimenea. Estamos explotando estos mismos mecanismos para hacer estas nuevas estructuras para aplicaciones en la medicina regenerativa".
El equipo ha probado la capacidad de los tubos para apoyar la adhesión, la viabilidad y el crecimiento de las células en el laboratorio utilizando células madre. Fueron capaces de mostrar una amplia propagación de las células sobre y dentro de los tubos después de sólo 48 horas, lo que indica interacciones favorables entre células y material.
"El uso de la quimobriónica para producir materiales biocompatibles es un enfoque relativamente nuevo, pero estamos muy entusiasmados con su potencial", dice la co-autora Miruna Chipara, que también está basada en la Escuela de Ingeniería Química de la Universidad de Birmingham. "En particular, la forma en que estas estructuras promueven la integración celular significa que podrían ser ampliamente útiles para la regeneración de los huesos".
Los próximos pasos de los investigadores incluyen la realización de más pruebas para demostrar las propiedades de los materiales tubulares y cómo pueden ser modificados para mejorar la regeneración de los tejidos. Los investigadores tienen la esperanza de que su trabajo conduzca al desarrollo de una nueva clase de materiales de sustitución ósea quimobriónicos.
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