Reconstrucción de tejido óseo mediante material biocerámico celular

En el Instituto Tecnológico de Saltillo (ITS), perteneciente al sistema del Tecnológico Nacional de México (Tecnm), científicos de la División de Estudios de Posgrado e Investigación y del Departamento de Metalmecánica han desarrollado un material biocerámico celular de baja densidad que podría emplearse en la reconstrucción o sustitución de tejido óseo.

El proyecto Materiales cerámicos celulares con uso potencial en prótesis de hueso es resultado de cinco años de investigación en el ITS, tal como explica la doctora Perla Reséndiz Hernández, investigadora en estancia posdoctoral en el Laboratorio de Materiales Avanzados y Cerámicos Funcionales del Instituto Tecnológico de Saltillo. “Esta línea de investigación proviene desde los estudios de doctorado anteriores a esta investigación en el Cinvestav Saltillo, con los objetivos de generar temas nuevos y pulir el conocimiento sobre esta especialización, seguir trabajando sobre el tema para obtener mejoras en los resultados que ya se habían tenido y poder llevarlo hasta la obtención de un material que pueda ser aplicable directamente en el hueso humano”, explica la especialista a la Agencia Informativa Conacyt.

Este proyecto forma parte de un megaproyecto del ITS en el ámbito de materiales cerámicos celulares, en particular para aplicaciones biomédicas, ya que uno de los grandes retos actuales en la investigación de biomateriales es el diseño de materiales cerámicos porosos avanzados para la regeneración de tejido óseo. Esta investigación es impulsada por las problemáticas actuales en cuestión de prótesis de cadera en personas de edad avanzada y de escasos recursos.

“La idea es ayudar a la sociedad, poder desarrollar estos materiales y ayudar a las personas que necesiten una prótesis y no cuenten con los recursos necesarios”, comenta el doctor Mario Rodríguez Reyes, profesor investigador del Departamento de Metal Mecánica y de la División de Estudios de Posgrado e Investigación del ITS.

En el Laboratorio de Materiales Avanzados y Cerámicos Funcionales del ITS, desarrollan un biocerámico base sílice de baja densidad, una especie de aerogel con partículas de wollastonita, empleado como material precursor de bioactividad. Un aerogel es un material parecido al gel, donde el líquido se intercambia por aire. “Aquí se obtuvieron materiales de muy baja densidad, específicamente base sílice, conocidos como aerogeles, después continuó la investigación para poder incluir un material precursor del desarrollo de una capa de hidroxiapatita, un compuesto más parecido al componente mineral de los huesos”, detalla la doctora Reséndiz Hernández.

El resultado es un material bioactivo que provoca una respuesta biológica específica en la interfaz que resulta de la unión entre el tejido y el material, mediante la formación de una capa de hidroxiapatita carbonatada. Por lo cual, dicho material tiene potenciales aplicaciones en diversas áreas de reconstrucción o sustitución del tejido óseo. “Estos materiales después fueron investigados en pruebas celulares para determinar que no presentaran toxicidad a las células, específicamente osteoblastos, y se obtuvieron excelentes resultados, se pudo observar que los materiales no presentaron apoptosis, es decir las células permanecían vivas en presencia de los materiales”, puntualiza la investigadora.

Dra. Perla Reséndiz Hernández, del Departamento de Metalmecánica / Laboratorio de Materiales Avanzados y Cerámicos funcionales del ITS.

Los materiales obtenidos fueron evaluados en pruebas de bioactividad mediante su inmersión en un fluido fisiológico simulado de concentraciones iónicas similares al plasma sanguíneo humano, para caracterizar estructural y morfológicamente la formación de una capa de hidroxiapatita en su superficie.

“Se han hecho pruebas de bioactividad, en las cuales ha respondido satisfactoriamente este material a los estudios fisiológicos, esta es la primera etapa para considerarlo un material bioactivo o un material que pueda utilizarse como prótesis en el cuerpo humano”, indica el investigador Rodríguez Reyes.

La síntesis del biocerámico se lleva a cabo empleando una ruta de síntesis de química húmeda o proceso sol-gel, dicho proceso involucra tres etapas fundamentales: hidrólisis-condensación, envejecimiento y secado, esta última etapa se realiza utilizando presión ambiente.

De acuerdo con los investigadores, en esta etapa de posdoctorado se tiene contemplado que las partículas precursoras de bioactividad que se han utilizado sean empleadas a partir de diversos materiales de desecho industrial y no mediante una síntesis llevada a cabo en un laboratorio.

“A partir de materiales de desecho industrial, estamos llevando a cabo la separación de estas partículas, para poderlas incluir al material y hacer la síntesis final de bajo costo y sustentable”, puntualiza Reséndiz Hernández.

En la etapa actual de la investigación se obtuvieron los primeros resultados de bioactividad tras la nueva síntesis general del material. Los científicos iniciarán el proceso de biocompatibilidad después de resultados iniciales muy prometedores.

En el futuro, los científicos continuarán una serie de pruebas sobre estos biomateriales, antes de ser empleados en seres humanos. “Primero se llevan a cabo pruebas in vitro, es decir, a nivel laboratorio, tanto de la síntesis del biomaterial como de la evaluación de biocompatibilidad, estas últimas empleando osteoblastos. Una vez que se han realizado todas las pruebas in vitro, se realizan pruebas in vivo, siendo estas las utilizadas directamente en el cuerpo”, aclara la doctora Reséndiz Hernández.

Sobre el mismo tema, el doctor Rodríguez Reyes menciona que faltan muchas pruebas y tiempo para comprobar la eficacia del biomaterial e implantarlo para generar hueso en humanos; sin embargo, es uno de los objetivos a futuro.

Otro de los aspectos que los científicos han contemplado en el corto y mediano plazo es emplear este material poroso para otras aplicaciones, principalmente como aislante térmico.

“El siguiente paso es darle un giro, este material es muy versátil y por las excelentes propiedades que tiene es un material con potenciales aplicaciones como aislante térmico; además de trabajar como un biomaterial queremos llevarlo a pruebas en las que también trabaje como aislante térmico”, señala la doctora Reséndiz Hernández.

Referencia bibliográfica

Dra. Perla Reséndiz Hernández; Dr. Mario Rodríguez Reyes. Departamento de Metal – Mecánica / Laboratorio de Materiales Avanzados y Cerámicos funcionales del ITS.