Diseño, desarrollo, caracterización y validación de dos novedosos biocomposites porosos y degradables impresos en 3D basados en policaprolactona con actividad regeneradora y antimicrobiana para aplicaciones en Bioingenieria del tejido óseo.

Abstract

Los dos estudios en los que se fundamenta este proyecto de investigación proporcionan suficiente originalidad e interés científico en cuanto a las posibilida-des de que puedan ser incorporados, en un futuro no muy lejano, al amplio arsenal terapéutico imperante dentro del campo de la cirugía ósea reconstructiva. A pesar de que el injerto óseo autólogo está considerado como el gold standard para el tratamiento de defectos óseos, su uso se ve limitado por una disponibilidad insuficiente y la morbilidad ocasionada en la zona de extracción. Como consecuen-cia y con la intención de obviar estos importantes inconvenientes, en las últimas décadas, se ha planteado el desarrollo de diversos tipos de materiales híbridos que imitan al tejido óseo, como una alternativa al uso de injertos óseos. No obstante, continúan existiendo obstáculos en el diseño de estos materiales en cuanto a la di-ficultad de integrar con una estrategia rápida y cómoda, componentes fundamen-tales como las propiedades de la matriz extracelular ósea, las células osteogénicas y las macromoléculas osteoinductoras. Los dos materiales desarrollados en este proyecto están basados en una ma-triz tridimensional (scaffold) polimérica de policaprolactona (PCL), y se han com-binado, por un lado, con micropartículas cerámicas de ß-fosfato tricálcico (ß-TCP) para estudiar su potencial efecto osteoinductor, y por otro, con un hidrogel de qui-tosano (CS) cargado con un antibiótico glucopéptido de espectro reducido (vanco-micina, Van) para estudiar su efecto bactericida frente a dos de las cepas de bacte-rias Gram positivas con mayor prevalencia en infecciones óseas (Staphylococcus au-reus y Staphylococcus epidermidis). El primer material estudiado (PCL/ß-TCP) resultó ser biocompatible y bioac-tivo, tal como lo demostraron sus efectos satisfactorios tanto sobre la viabilidad de un cultivo de células madre mesenquimales humanas adultas (ahMSCs) como so-bre la producción de matriz extracelular. Los ensayos de mineralización, actividad fosfatasa alcalina, y la cuantificación de los niveles de expresión génica de proteínas relacionadas con los procesos de osificación, revelaron un aumento en la diferen-ciación osteogénica en presencia de los scaffolds cargados con ß-TCP con respecto a un grupo control de PCL nativa. El segundo material desarrollado (PCL/CS/Van) demostró ser biocompatible, bioactivo y bactericida, siendo capaz de inhibir el crecimiento de dos cepas de bac-terias Gram + (S. aureus y S. epidermidis) a distintas concentraciones de Van. Ade-más, se evaluó la respuesta celular de las ahMSCs cultivadas en presencia de los scaffolds fabricados, en relación con su citotoxicidad y proliferación, constatándose que la liberación de Van no causó una alteración funcional del cultivo celular. Los resultados obtenidos en ambos estudios sugieren que biocomposites hí-bridos biomiméticos óseos similares a los desarrollados en este proyecto, podrían ser excelentes candidatos para ser utilizados como scaffolds de uso común en In-geniería de Tejidos con un potencial osteoinductivo y osteogénico.