Desarrollo de membranas nanocompuestas bioactivas con nanopartículas de MgO para la regeneración ósea

Resumen

Introducción

Las fracturas óseas representan un desafío para los sistemas de salud, tanto por su alta incidencia como por su complejidad clínica que presentan, la cual varía en función de diversos factores. Principalmente las fracturas expuestas son un desafío clínico dada la complejidad, es necesario el uso de dispositivos que permitan la fijación del tejido óseo. No obstante, estos materiales son inertes y no promueven la regeneración ósea.
Para ello se ha buscado el desarrollo de materiales biofuncionales capaces de generar este estimulo osteogénico y osteoinductor.

Objetivo

Desarrollar membranas bioactivas capaces de promover la regeneración ósea mediante la generación de un microambiente fisiológicamente favorable para la diferenciación celular y la formación de tejido óseo.

Metodología

Se fabricaron membranas mediante electrohilado utilizando policaprolactona y gelatina tipo B, las cuales fueron funcionalizadas con distintas concentraciones de nanopartículas de óxido de magnesio, obteniendo estructuras tridimensionales. Las muestras se caracterizaron mediante microscopía electrónica de barrido, ensayos de biodegradación, humectación, ángulos de contacto con agua, espectroscopia de infrarrojo por transformada de Fourier y liberación de iones de magnesio.
Se sembraron y cultivaron células mesénquimales y osteoblastos para estudiar la respuesta biológica. La viabilidad y actividad metabólica se estudiaron mediante ensayos de MTT-Formazan y Calceína-AM/Homodímero de etidio. Asimismo, se realizaron ensayos de diferenciación celular mediante el cultivo hasta 14 días, analizando la formación de depósitos de calcio con análisis cuantitativos y cualitativos por tinción con rojo alizarina.

Resultados

Los resultados obtenidos sugieren la formación de estructuras multifibrilares semejantes a la matriz extracelular, con una distribución de las fibras y tamaño de poro adecuado para favorecer la interacción celular. Las muestras presentaron un tiempo de degradación compatible con el proceso de regeneración ósea y la formación del callo óseo primario, lo cual se atribuye a las propiedades fisicoquímicas del material.
Los ensayos de ángulos de contacto con agua indicaron un carácter hidrofílico favorable para la interacción con ambientes biológicos, atribuible a los grupos funcionales aportados por la gelatina tipo B.
Mediante la espectroscopia de infrarrojo por transformada de Fourier se confirmó la adecuada integración de los componentes, sin evidencia de la formación de grupos químicos secundarios. La cuantificación de la liberación de iones de magnesio, mostró un perfil gradual, correlacionado positivamente con el tiempo de degradación de las muestras y dentro de los rangos considerados seguros y osteoinductores según la literatura.
Los ensayos de viabilidad y metabolismo celular revelaron baja citotoxicidad, con niveles adecuados de actividad metabólica, especialmente en las muestras con mayor concentración de nanopartículas. Finalmente, los estudios de diferenciación osteogénica evidenciaron un incremento en la formación de depósitos de calcio en las células cultivadas sobre membranas con mayores concentraciones de MgO, lo que sugiere un efecto positivo sobre la inducción de la diferenciación osteoblástica.

Conclusión

Las membranas desarrolladas mostraron propiedades estructurales, fisicoquímicas y biológicas favorables para aplicaciones en regeneración ósea, destacando su biocompatibilidad, perfil ionico de magnesio y capacidad osteoinductora. Estos resultados respaldan su potencial como coadyuvante en terapias de reparación ósea y justifican su evaluación en modelos preclínicos.