Biovidrio para la regeneración de tejido óseo

Es inerte el vidrio que deja pasar la luz solar a nuestra casa y contiene nuestras bebidas; sin embargo, existe el vidrio que reacciona con el tejido vivo, es bioactivo y actualmente se estudia para su aplicación en la reconstrucción del tejido óseo enfermo o dañado.

Los biovidrios son mezclas de óxidos que deben cumplir ciertas características para serlo, como la cantidad de óxido de silicio y la relación de calcio-fósforo que contengan. Cuando contiene menos de 60 por ciento de óxido de silicio y alto contenido de calcio y fósforo, el vidrio es capaz de reaccionar y mediante intercambio iónico con los fluidos corporales, disolverse y formar hidroxiapatita.

La doctora en ingeniería de materiales por la Universidad de McGill en Montreal, Canadá, Ena Athenea Aguilar Reyes, miembro nivel I del Sistema Nacional de Investigadores (SNI) y profesora investigadora titular C de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo (UMSNH), trabaja en la ingeniería de materiales cerámicos y vidrios.

En 2007, empezó a trabajar en Canadá sobre los biovidrios y tecnología de polvos. En 2008, utilizó las espumas o andamios con el fin de regenerar tejidos, incurriendo así en el área interdisciplinar de los biomateriales con el objetivo de desarrollar un material que permitiera regenerar el tejido óseo.

«Se trata de implantes temporales porque están hechos de espuma o andamios de vidrio bioactivo que se insertan donde hay algún problema óseo como la osteoporosis».

La doctora señala que al implantarse el andamio de biovidrio sirve como soporte para que las células óseas se adhieran al material y proliferen.

«La idea de utilizar este material es que sea apto para que las células se reproduzcan y se regenere el hueso».

Su investigación se encuentra en fase de desarrollo, siendo probada a nivel celular.

¿El hueso se puede regenerar?

Existen diferentes tipos de huesos en el cuerpo humano, se pueden clasificar como compactos o porosos. Un mismo hueso puede tener partes compactas y porosas o esponjosas, menciona.

«Cuando una persona tiene osteoporosis, el hueso se empieza a hacer poroso y a debilitar, generando fracturas».

En los huesos tenemos cuatro tipos de células: células osteoprogenitoras; los osteoblastos, que se encargan de formar el hueso; los osteoclastos, que reabsorben el hueso; y los osteocitos, células que en sí mismas forman el hueso.

«Lo que sucede durante nuestra vida es un proceso llamado remodelación ósea, en la que participan osteoblastos y osteoclastos. Este proceso ocurre durante el crecimiento o cuando existe un microdaño como una fisura que se regenera sin necesidad de un implante. Una célula absorbe o se come el hueso, otra la crea».

La doctora señala que cuando se tiene una enfermedad como osteoporosis, la actividad de los osteoclastos es mayor a los osteoblastos. «Esto significa que el hueso se reabsorbe más rápido de lo que se crea».

Lo que comúnmente se hace es que se injertan piezas metálicas que ayuden a los huesos a seguir cumpliendo su función de sostener el cuerpo; sin embargo, no se regenera. Existen algunos mecanismos para regenerar el hueso, menciona la doctora, como el uso de cemento óseo, pastas, polvos o espumas.

«Nosotros usamos espumas que sirven como soporte, esta espuma se disuelve, y mediante un intercambio de iones se genera la hidroxiapatita, que es un material cerámico del que están formados los huesos, los osteoblastos se adhieren a la espuma permitiendo que se regenere por la proliferación de las células».

Algunos de los problemas que se pueden tratar con ingeniería de tejidos, alude la doctora, son el caso de enfermedades como la osteomielitis y la osteopenia, la pérdida de una parte pequeña de hueso por un accidente o cuando se sobrepasa el tamaño crítico de una grieta o fisura.

Biovidrio

«Una persona tuvo un accidente de automóvil, en el desarrollo del accidente se le incrustaron en la piel unos pedazos de vidrio provenientes del parabrisas y el tejido circundante los encapsuló. Ese tipo de vidrio es inerte, un vidrio bioactivo se disolvería».

Lo que hacen es fundir la mezcla de óxidos en un horno y formar una frita en forma de gránulos, que se pulveriza obteniendo un polvo de biovidrio que mezclan con resina y espumante, compactándolo. Mediante un tratamiento térmico se obtiene un material espumoso.

«El proceso es como hacer un pastel, se tiene la mezcla de harina, que sería el polvo de vidrio suspendido en la resina líquida, y el polvo de hornear, que sería el espumante que al descomponerse expande la masa dejando la porosidad interconectada».

Este tipo de desarrollos ya existe; sin embargo, lo que diferencia al generado por la doctora es que tiene una porosidad interconectada y, añade, unas muy buenas propiedades.

«Con nuestro método hemos logrado generar una porosidad de 60 a 80 por ciento, mientras que otros métodos arrojan un resultado fibroso que no se asemeja a la estructura de porosidad interconectada del hueso».

Señala que como se trata de implantes temporales, tiene muy buenas propiedades porque no se busca que reemplacen el hueso completo, cuya resistencia sería complicado igualar. Lo que se busca es aproximarse a la resistencia a la compresión del hueso trabecular o poroso que es de dos a 12 megapascales (MPa). «Nuestra espuma tiene de dos a cinco MPa».

Hicieron otras espumas de alta resistencia, con poros más pequeños que alcanzan los 16 MPa, por tanto, fuera del rango trabecular.

«En nuestra técnica podemos modificar las variables para obtener diferentes porosidades y propiedades mecánicas».

Pruebas en células de ratones

Los biomateriales se ensayan en cultivos con células óseas de ratón. «Las células se cultivan in vitro, con el medio y nutrientes apropiados. Después se agrega el material y se hacen mediciones de fosfatasa alcalina, colágeno, y de viabilidad o toxicidad».

La primera característica de un biomaterial es que no debe ser tóxico, además, señala la doctora, debe permitir que las células se adhieran y proliferen sobre su superficie. El siguiente paso es realizar pruebas in vivo, que es implantar el biomaterial en el ratón y monitorear su respuesta con el tejido vivo.

También han hecho pruebas con fibroblastos, que son las células de la piel, observando que funcionan. «Ahora empezaremos a hacer pruebas con osteoblastos de humanos».

Fuente: CONACYT.