Un biomaterial elaborado con colágeno y azúcar de algas es capaz de estimular la regeneración ósea

Investigadores de la Universidad de São Paulo efectuaron esta constatación mediante experimentos in vitro con células óseas. Los resultados sugieren que este compuesto posee potencial como para reemplazar a los huesos naturales en defectos e implantes

Por Julia Moióli  |  Agência FAPESP – Un estudio realizado en la Universidad de São Paulo (USP), en Brasil, revela que un nuevo biomaterial elaborado con colágeno y carragenana (una sustancia extraída de las algas) puede estimular localmente respuestas mineralizantes de las células óseas in vitro, con lo cual ha mostrado potencial como para reemplazar con éxito a los huesos naturales en implantes realizados para tratar traumas o patologías como el osteosarcoma.

El desarrollo de este nuevo biomaterial, que aparece descrito en la revista Biomacromolecules, estuvo a cargo de científicos del Laboratorio de Fisicoquímica de Superficies y Coloides de la Facultad de Filosofía, Ciencias y Letras de Ribeirão Preto de la USP (FFCLRP-USP) apoyados por la FAPESP (proyectos 19/25054-2, 18/25871-8 y 22/01219-5).

En la actualidad, el patrón oro de los implantes óseos es la utilización de materiales autólogos, es decir, extraídos del cuerpo del propio paciente. No obstante, ese proceso reviste dificultades: requiere de una cirugía adicional, con el riesgo de infección, y no siempre puede aplicárselo en grandes áreas.

La principal tendencia con miras a superar estos problemas es el desarrollo de materiales artificiales que repliquen con similitud, seguridad y eficiencia la complejidad de la estructura ósea, como este compuesto de colágeno tipo 1 (la proteína más abundante en la matriz ósea) proveniente de animales bovinos o porcinos, y de carragenana. Esta última sustancia se asemeja al sulfato de condroitina o condroitín sulfato, que es uno de los compuestos presentes en los huesos naturales cuya función consiste en organizar y mineralizar la matriz ósea y promover la adherencia celular.

Para poner a prueba su factibilidad y su potencial, los científicos cultivaron en laboratorio osteoblastos (las células encargadas de la formación de la matriz ósea mineralizada) de dos formas: solamente con colágeno y con colágeno y carragenana.

Las imágenes captadas en el microscopio del cultivo de osteoblastos con colágeno y carragenana revelaron la presencia de una densa y uniforme red de fibrillas entrelazadas en su superficie y fibrillas de colágeno con un alineamiento similar al de los tejidos conjuntivos densos. Los investigadores observaron también un incremento de la expresión de genes codificantes de proteínas relacionadas con la mineralización ósea, como la fosfatasa alcalina (AlP), la sialoproteína ósea (BSP), la osteocalcina (OC) y la osteopontina (OPN).

“Nuestros resultados demostraron que la combinación de carragenana y colágeno estimuló mejor las respuestas mineralizantes de las células que el colágeno solo, validando así in vitro la hipótesis de que la presencia de un componente similar químicamente y estructuralmente a uno de los compuestos presentes en los huesos junto al colágeno es fundamental en el proceso”, afirma Ana Paula Ramos, docente del Departamento de Química de la FFCLRP-USP y coordinadora del estudio. “La idea ahora es realizar pruebas in vivo para evaluar la posibilidad y la seguridad de rellenar cualquier tipo de defecto óseo con este biomaterial.”

Entre las principales ventajas del polisacárido extraído de las algas, que ya se emplea a menudo en la industria alimenticia y en la de cosméticos como estabilizante, Ramos destaca su abundancia, su bajo costo (en contraste con el alto costo comercial del sulfato de condroitina) y el hecho de que es un material proveniente de una fuente renovable, lo que asegura su compatibilidad con el concepto de química verde, rama de la química que apunta a la disminución del empleo de sustancias contaminantes o que puedan comprometer al medio ambiente.

Un conocimiento para diversas áreas

“Aparte del desarrollo del biomaterial que se utilizará en implantes óseos, cabe destacar que, al crear una matriz biomimética desde el vamos y mezclarla al tejido natural, abrimos espacio para la realización de estudios básicos”, afirma Lucas Fabrício Bahia Nogueira, investigador del Departamento de Química de la FFCLRP-USP y autor del estudio.

“Esto permite que investigadores de distintas áreas puedan entender y observar la interacción de esas células con el microambiente y los mecanismos de formación del tejido mineralizado y apliquen este conocimiento también en estudios que abordan la mineralización en otras enfermedades, tales como las cardiovasculares y las renales”. El estudio interdisciplinario se concretó también en colaboración con el Laboratorio de Nanobiotecnología Aplicada de la FFCLRP-USP, coordinado por el profesor Pietro Ciancaglini.

Puede leerse el artículo intitulado Collagen/κ-Carrageenan-Based Scaffolds as Biomimetic Constructs for In Vitro Bone Mineralization Studies en el siguiente enlace: pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.biomac.2c01313.