Desarrollo de prototipos de soportes tridimensionales a base de colágeno tipo I E Hidroxiapatita para regeneración ósea

Abstract

El hueso es uno de los tejidos de mayor demanda para trasplante a nivel mundial, representando cerca de 2,2 millones de injertos anualmente. Por medio de la ingeniería de tejidos ósea (BTE) se han desarrollado estrategias que permiten la regeneración del tejido, sin embargo, el desarrollo de un sustituto óseo que tenga las características estructurales y funcionales del hueso nativo sigue siendo un desafío. En este trabajo se propuso el desarrollo de prototipos de soportes bioinspirados en la composición y en la microestructura del hueso. Estos soportes se caracterizaron microestructural, mecánica, biológica y fisicoquímicamente, y su potencial osteoconductivo se probó in vitro mediante la siembra y diferenciación de células madre mesenquimales asiladas de médula ósea de rata (rBM-MSC) y células madre mesenquimales humanas asiladas de gelatina de Wharton (hWJ-MSC), e in vivo mediante un modelo ectópico intramuscular en rata. Los soportes desarrollados (UC: colágeno unidireccional; MC: colágeno multidireccional; UCH: colágeno/hidroxiapatita unidireccional y MCH: colágeno/hidroxiapatita multidireccional) presentaron una microestructura porosa interconectada con una porosidad 90% y poros 300 µm. Mecánicamente los soportes unidireccionales (UC y UCH) fueron más resistentes y elásticos en comparación con los multidireccionales (MC y MCH). In vitro, las MSC proliferan y se diferencian a un linaje osteoblástico en presencia de factores osteogénicos. In vivo, se observó la formación ectópica de hueso orientado axialmente en soportes unidireccionales. Cuantitativamente la cantidad de hueso formado fue mayor en soportes unidireccionales en combinación con los factores BMP-2+VEGF. Los soportes unidireccionales desarrollados en este trabajo podrían representar una nueva alternativa en la BTE para la regeneración de tejido óseo con propiedades microestructurales y funcionales similares a las del hueso cortical nativo.

Abstract: Bone is one of the most transplanted tissues worldwide, representing about 2,2 million of grafts annually. Bone tissue engineering (BTE) has developed strategies to achieve the tissue regeneration, however, the development of a bone substitute able to regenerate the both structural and functional characteristics of native bone remains a challenge. In this work the development of bioinspired scaffolds based in the composition and the microstructure of native bone was developed. A microstructural, mechanical, physicochemical and biological characterization was made. The osteoconductive potential of scaffolds was tested in vitro through the seeding and differentiation of rat bone marrow mesenchymal stem cells (rBM-MSC) and human Wharton jelly mesenchymal stem cells (hWJ-MSC), and in vivo through the implantation intramuscularly in a rat model. The scaffolds named: "UC: unidirectional collagen; MC: multidirectional collagen; UCH: unidirectional collagen/hydroxyapatite and MCH: multidirectional collagen/hydroxyapatite" had a porous interconnected microstructure with a porosity 90% and pore size 300µm. Mechanically, unidirectional scaffolds (UC and UCH) were more resistant and elastic in comparison with multidirectional ones (MC and MCH). In vitro, MSC proliferate and differentiate into an osteoblastic lineage in the presence of osteogenic factors. In vivo, the ectopic bone formation oriented axially in unidirectional scaffolds was observed. Quantitatively, the amount of bone formed was greater in unidirectional scaffolds in combination with the BMP-2 + VEGF factors in comparison to the multidirectional ones.