Un biomaterial desarrollado en una universidad brasileña puede acelerar la regeneración ósea

Un estudio in vitro muestra que el fosfato de calcio cargado con cobalto estimula la diferenciación de las células productoras de hueso al mimetizar un ambiente con baja concentración de oxígeno. Las próximas etapas de este trabajo comprenden las pruebas en animales

Por Luciana Constantino  |  Agência FAPESP – Investigadores del Instituto de Biociencias de Botucatu, de la Universidade Estadual Paulista (IBB-Unesp), en Brasil, han desarrollado un nuevo biomaterial que acelera la diferenciación de las células que producen huesos, conocidas con el nombre de osteoblastos. Este resultado se ha mostrado prometedor para su uso futuro en procesos de regeneración ósea, en injertos y en recubrimiento de implantes, por ejemplo.

El referido estudio mostró que el desarrollo de un fosfato de calcio −moléculas con una estructura análoga a la del mineral óseo– cargado (dopado) con cobalto es capaz de estimular la diferenciación de los osteoblastos. Este resultado salió publicado en el Journal of Biomedical Materials Research.

“Nuestros datos reúnen por primera vez evidencias suficientes basadas en la hipoxia [la baja concentración de oxígeno] de que podemos estar ante la existencia de un nuevo material biomimético con perspectivas para regenerar el tejido óseo. En los injertos no siempre se dan las condiciones necesarias de cantidad y calidad como para que el hueso autógeno [extraído del propio paciente para su injerto] se utilice en la clínica”, afirma en declaraciones a Agência FAPESP el biólogo y profesor Willian Fernando Zambuzzi, responsable del estudio.

En la actualidad, en los tratamientos de los pacientes que necesitan injertos, ya sea por fracturas, por intervenciones destinadas a la extirpación de tumores (resección) o incluso en prótesis dentales, terminan utilizándose fragmentos de huesos provenientes del propio individuo. Sin embargo, este proceso requiere de cirugías adicionales para la obtención del material autógeno, con un aumento del riesgo de infecciones y un mayor tiempo de convalecencia.

Zambuzzi  investiga la biología de los huesos desde la década de 2000, cuenta con el apoyo de la FAPESP y es el director del doctorando Gerson Santos de Almeida, autor principal del trabajo. Según el profesor, el grupo de científicos se ha venido dedicando a conocer las moléculas y los mecanismos implicados en el desarrollo óseo, y su relación con los biomateriales.

En los últimos años, con el aumento de la expectativa de vida de la población, los procesos regenerativos del tejido óseo han venido siendo objeto de investigaciones en todo el mundo y de búsqueda de terapias más eficaces, con miras a restablecer a los pacientes rápidamente, acortar el tiempo de internación, bajar los costos del tratamiento y mitigar los eventuales efectos colaterales. Entre las líneas de estudio se encuentran el desarrollo de materiales que repliquen con similitud, seguridad y eficiencia la complejidad de la estructura ósea.

La construcción de conocimiento

En 2014, en el marco de un estudio encabezado por el investigador Ralf Adams, del Instituto Max Planck (de Alemania), y publicado en la revista Nature, se demostró que las células endoteliales –que revisten los vasos sanguíneos– poseen la capacidad de estimular la diferenciación de los osteoblastos, apuntando una sincronía entre ellas. Con base en estos hallazgos, Zambuzzi, quien contaba a la sazón con el apoyo de la FAPESP mediante una Ayuda de Investigación – Jóvenes Investigadores, empezó a desarrollar esa línea de estudios en el entonces recién creado Laboratorio de Bioensayos y Dinámica Celular.

A partir de los resultados previos existentes en la literatura, el profesor trabajó en la búsqueda de moléculas que estimulasen el crecimiento de los vasos sanguíneos con la mira puesta en un efecto indirecto sobre la diferenciación de los osteoblastos. Y arribó así al cloruro de cobalto (una sal), que sabidamente estimula la hipoxia y lleva al organismo a incrementar la cantidad de vasos sanguíneos para intentar suplir la ausencia de oxígeno.

“La hipoxia ocurre naturalmente en los tejidos. Al conocer su desarrollo y la relación de las células endoteliales con las células óseas, nos abocamos a los aspectos biomiméticos. Con base en ello, resolvimos generar artificialmente una molécula nueva –la sal dopada con cobalto– para que pudiese estimular la producción de huesos, como un efecto complementario al incremento de angiogénesis”, explica el profesor.

Basadas en las normas de evaluación biológica (ISO 10993:5), las pruebas mostraron que el nuevo material no presenta toxicidad. Asimismo, la cantidad de cobalto fue decisiva en la definición de la concentración ideal para sus aplicaciones biomédicas futuras, lo que abre nuevos horizontes en la medicina regenerativa. “Los resultados son conclusivos en la investigación básica y nos habilitan a apuntar hacia modelos preclínicos más complejos de análisis en busca de una mejor comprensión traslacional de estos hallazgos, tales como las pruebas en animales”, afirma Zambuzzi.

De acuerdo con el profesor, su grupo ha procurado establecer modelos biológicos in vitro con base en el llamado “principio de las tres erres” –reemplazo, reducción y refinamiento–, pero está convencido de la necesidad de contar con modelos que preserven la fisiología de los vertebrados en alguna etapa del desarrollo de nuevos productos.

“Nos encontramos transitando la senda de desarrollar nuevos materiales biomiméticos que satisfagan la calidad de vida de las personas asignándole la debida importancia ética al uso de animales de experimentación”, culmina diciendo.

Puede leerse el artículo intitulado Development of cobalt (Co)-doped monetites for bone regeneration en el siguiente enlace: onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jbm.b.35319.