Evaluación de la liberación de cerio y su efecto antioxidante en andamios electrohilados de policaprolactona/gelatina para aplicaciones en regeneración de cartílago articular

Resumen

Introducción: La inflamación persistente y el estrés oxidativo desempeñan un papel fundamental en la progresión del daño del cartílago articular, además de limitar su capacidad de regeneración. En este contexto, las nanopartículas de óxido de cerio (CeO₂) han despertado interés debido a su capacidad para captar especies reactivas de oxígeno (ROS) y modular procesos inflamatorios. Su actividad antioxidante se atribuye a la coexistencia de los estados de oxidación Ce³⁺ y Ce⁴⁺ en su superficie, lo que les permite alternar entre ambos estados y actuar de manera similar a enzimas antioxidantes como la superóxido dismutasa y la catalasa. La incorporación de estas nanopartículas en andamios electrohilados podría generar biomateriales capaces de proporcionar soporte estructural y, simultáneamente, ejercer una acción antioxidante sostenida en el sitio de lesión.

Objetivo: Evaluar la liberación de cerio de andamios electrohilados de policaprolactona/gelatina con diferentes concentraciones de nanopartículas de óxido de cerio y determinar su capacidad para modular el estrés oxidativo celular.

Metodología: Se fabricaron membranas electrohiladas de policaprolactona/gelatina incorporando diferentes concentraciones de nanopartículas de óxido de cerio (1, 2, 4, 7 y 10% p/p respecto a la masa de policaprolactona). La liberación de cerio se evaluó mediante espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS) a diferentes tiempos de incubación (24 h, 72h y 7 días). Paralelamente, se analizó la capacidad antioxidante de los andamios mediante estudios de cinética de especies reactivas de oxígeno (ROS) en cultivos celulares sometidos a estrés oxidativo. La producción intracelular de superóxido fue inducida mediante antimicina A, un inhibidor del complejo III de la cadena respiratoria mitocondrial, y cuantificada utilizando dihidroetidio (DHE). Los datos obtenidos permitieron comparar el comportamiento de las distintas formulaciones y establecer la relación entre la concentración de nanopartículas, su liberación y el efecto biológico observado.

Resultados: Los análisis por ICP-MS evidenciaron la liberación de cerio desde las membranas hacia el medio circundante, observándose diferencias asociadas a la concentración inicial de nanopartículas incorporadas. Los estudios de cinética de ROS mostraron que los andamios con menores concentraciones de nanopartículas (1 y 2% de CeO₂) presentaron un mejor desempeño antioxidante, reduciendo de manera más eficiente los niveles de estrés oxidativo intracelular en comparación con formulaciones con mayor contenido de CeO₂. Estos resultados sugieren que la actividad antioxidante no depende exclusivamente de la cantidad de nanopartículas incorporadas, sino también de su disponibilidad y comportamiento dentro del sistema.

Conclusiones: Los andamios electrohilados con nanopartículas de óxido de cerio demostraron capacidad para liberar cerio y modular el estrés oxidativo celular. Las formulaciones con menores concentraciones de nanopartículas mostraron el comportamiento más favorable, sugiriendo la existencia de una concentración óptima para maximizar los efectos antioxidantes. Estos hallazgos resaltan la importancia de optimizar la dosis incorporada en el biomaterial. Actualmente se desarrollan estrategias de funcionalización superficial mediante proteínas de matriz extracelular para mejorar la interacción célula-material y potenciar la respuesta regenerativa.