Biomaterial a base de citrato impulsa la formación de hueso y genera menos rechazo en el cuerpo
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- 11 de diciembre de 2018
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27 de noviembre de 2018
De acuerdo con un equipo de bioingenieros de la Universidad Estatal de Pensilvania (Penn State), en Estados Unidos, un material basado en un producto natural presente en los huesos y en las frutas cítricas, llamado citrato, brinda la energía extra que las células madre necesitan para formar nuevo tejido óseo. La nueva comprensión del mecanismo que impulsa la regeneración ósea a través del citrato permitirá a los investigadores desarrollar andamios de liberación lenta, biodegradables y liberadores de citrato que actúen como plantillas de crecimiento óseo capaces de acelerar la curación en el cuerpo.
“En nuestro laboratorio, hemos estado trabajando con citrato durante más de una década“, dijo Jian Yang, profesor de ingeniería biomédica en Penn State. “Sabíamos que en el cuerpo humano, el 90 por ciento del citrato orgánico se encuentra en el tejido esquelético. Pero nadie realmente había intentado usar el citrato como un bloque de construcción para producir biomateriales óseos. Nuestro nuevo artículo trata de comprender cómo el citrato ayuda a curar los huesos y utiliza este entendimiento para guiar el diseño de nuevos biomateriales biomiméticos para una mejor reparación ósea“.
El estudio se publicó ayer en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
El autoinjerto —la extracción de hueso de otra parte del cuerpo del paciente y su inserción en la herida o lesión— es el método más utilizado para la regeneración ósea en un entorno hospitalario. No obstante, este no siempre es un método adecuado, especialmente en el caso de heridas grandes o tejido óseo extirpado durante el tratamiento de cáncer.
Los biomateriales sintéticos serían un reemplazo bien recibido y muchos laboratorios están trabajando para desarrollarlos. Pero los materiales sintéticos actuales causan una inflamación significativa, además de que la tasa de regeneración ósea es lenta y la calidad de curación es deficiente. El cuerpo encapsula el implante con tejidos fibróticos que evitan que el implante se integre con el hueso circundante. Con el material de Yang, los investigadores no observan la encapsulación y la inflamación crónica es mínima.
Chuying Ma, una estudiante de doctorado en el laboratorio de Yang y autora principal del artículo, tuvo la ardua tarea de descubrir el mecanismo poco conocido que subyace al uso del citrato en el cuerpo para regenerar el hueso. Así, encontró que la membrana de la célula madre posee un transportador que se utiliza para transportar citrato a la célula y, de esa forma, elevar el nivel de energía celular. Cuando las células madre óseas se diferencian para formar nuevas células óseas, requieren más energía como soporte para la formación activa de hueso. El momento y la dosis de suministro de citrato a las células madre también son críticos. Yang y Ma acuñaron el efecto citrato recién identificado en la diferenciación de células madre como “regulación metahuesogénica” (‘metabonegenic regulation’) en el documento.
El equipo también identificó un segundo factor involucrado en la producción de energía, un aminoácido llamado fosfoserina. Con su nueva comprensión del mecanismo para el recrecimiento óseo, desarrollaron un biomaterial que incorpora citrato y fosfoserina y lo probaron en modelos de rata.
“Al utilizar nuestro nuevo material, vemos la deposición temprana de hueso nuevo en un mes“, indicó Ma. “Esto es mucho más temprano que los biomateriales ampliamente utilizados en dispositivos aprobados por la FDA. En este estudio probamos dos modelos, hueso del cóndilo femoral y defectos del hueso craneal“.
En ambos modelos animales, vimos que el nuevo biomaterial es mejor que los materiales comerciales para inducir la formación ósea temprana y también para promover la maduración ósea, afirmó Ma. “Para mí, este es un hallazgo importante“, subrayó Yang, quien es miembro de la facultad en el Instituto de Investigación de Materiales de Penn State y en los Institutos Huck de Ciencias de la Vida. “El citrato ahora se reconoce como un enlace central entre el metabolismo y la diferenciación de las células madre. Estamos descubriendo el mecanismo por el cual el citrato influye en la actividad de las células madre, no solo en el hueso, sino también en otros tipos de células y tejidos. Por ejemplo, existe “una alta concentración de citrato en el líquido cefalorraquídeo que rodea el cerebro. Las personas ahora pueden usar este entendimiento para comenzar a considerar al citrato como un regulador del metabolismo que regula aún más las células madre para otros tipos de tejidos y órganos en todo el cuerpo“.
