Para hacer un buen marco para rellenar el hueso faltante, mezcle al menos un 30 por ciento de hueso natural pulverizado con un plástico especial hecho por humanos y cree la forma necesaria con una impresora 3-D. Esa es la receta del éxito informada por los investigadores de TheJohns Hopkins University en un artículo publicado el 18 de abril en línea en Ciencia e Ingeniería de Biomateriales ACS .
Cada año, dicen los científicos de Johns Hopkins, las anomalías congénitas, los traumatismos o las cirugías dejan a unas 200.000 personas con la necesidad de reemplazo de huesos en la cabeza o la cara. Históricamente, el mejor tratamiento requería que los cirujanos extirparan parte del peroné de un paciente una piernahueso que no soporta mucho peso, córtelo en la forma general necesaria e implante en el lugar correcto. Pero, según Warren Grayson, Ph.D., profesor asociado de ingeniería biomédica en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkinsy el autor principal del informe, el procedimiento no solo crea un trauma en la pierna, sino que también se queda corto porque el peroné relativamente recto no se puede moldear para adaptarse muy bien a las curvas sutiles de la cara.
Eso ha llevado a los investigadores a la impresión 3-D, o la denominada fabricación aditiva, que crea objetos tridimensionales a partir de un archivo de computadora digital apilando capas sucesivas de materiales ultrafinos. El proceso sobresale en la fabricación de estructuras extremadamente precisas.incluidos los anatómicamente precisos, de plástico, pero "las células colocadas en andamios de plástico necesitan algunas señales de instrucción para convertirse en células óseas", dice Grayson. "El andamio ideal es otra pieza de hueso, pero los huesos naturales generalmente no se pueden remodelar con mucha precisión. "
En sus experimentos, Grayson y su equipo se propusieron hacer un material compuesto que combinaría la resistencia y la capacidad de impresión del plástico con la "información" biológica contenida en el hueso natural.
Comenzaron con policaprolactona o PCL, un poliéster biodegradable utilizado en la fabricación de poliuretano que ha sido aprobado por la FDA para otros usos clínicos ". El PCL se funde entre 80 y 100 grados Celsius 176 a 212 Fahrenheit, mucho más bajo quela mayoría de los plásticos, por lo que es bueno mezclarlo con materiales biológicos que pueden dañarse a temperaturas más altas ", dice Ethan Nyberg, un estudiante graduado del equipo de Grayson.
PCL también es bastante fuerte, pero el equipo sabía por estudios previos que no apoya bien la formación de hueso nuevo. Así que lo mezclaron con cantidades cada vez mayores de "polvo de hueso", que se obtiene pulverizando el hueso poroso dentro de las rodillas de las vacas.después de despojarlo de células.
"El polvo de hueso contiene proteínas estructurales nativas del cuerpo más factores de crecimiento pro-hueso que ayudan a que las células madre inmaduras maduren y se conviertan en células óseas", dice Grayson. "También agrega aspereza al PCL, lo que ayuda a que las células se adhieran y refuerce el mensajede los factores de crecimiento. "
La primera prueba para los materiales compuestos fue la capacidad de impresión, dice Grayson. Cinco, 30 y 70 por ciento de mezclas de polvo de hueso funcionaron bien, pero el 85 por ciento de polvo de hueso tenía muy poco "pegamento" de PCL para mantener formas claras de celosía y se eliminó de experimentos futuros. "Era como una galleta con chispas de chocolate con demasiadas chispas de chocolate", dice Nyberg.
Para averiguar si los andamios fomentan la formación de hueso, los investigadores agregaron células madre derivadas de grasa humana tomadas durante un procedimiento de liposucción a los andamios sumergidos en un caldo nutricional que carece de ingredientes pro-huesos.
Después de tres semanas, las células cultivadas en armazones de polvo óseo al 70 por ciento mostraron una actividad genética cientos de veces mayor en tres genes indicativos de formación ósea, en comparación con las células cultivadas en armazones de PCL puro. Las células en armazones de polvo óseo al 30 por ciento mostraron un tamaño grande pero menos impresionanteaumenta en los mismos genes.
Después de que los científicos agregaron el ingrediente clave beta-glicerofosfato al caldo de las células para permitir que sus enzimas depositen calcio, el mineral principal en los huesos, las células en el 30 por ciento de los andamios produjeron aproximadamente un 30 por ciento más de calcio por célula, mientras que las de 70el porcentaje de andamios produjo más del doble de calcio por celda, en comparación con los andamios de PCL puro.
Finalmente, el equipo probó sus andamios en ratones con agujeros relativamente grandes en los huesos del cráneo hechos de manera experimental. Sin intervención, las heridas óseas eran demasiado grandes para sanar. Los ratones que recibieron implantes de andamios cargados de células madre tuvieron un nuevo crecimiento óseo dentro del agujerodurante las 12 semanas del experimento. Y las tomografías computarizadas mostraron que al menos un 50 por ciento más de hueso crecía en andamios que contenían 30 o 70 por ciento de polvo de hueso, en comparación con aquellos con PCL puro.
"En los experimentos de caldo, el andamio del 70 por ciento fomentó la formación de hueso mucho mejor que el andamio del 30 por ciento", dice Grayson, "pero el andamio del 30 por ciento es más fuerte. Dado que no hubo diferencia entre los dos andamios en la curación delcráneos de ratón, estamos investigando más para averiguar qué combinación es la mejor en general ".
Aunque el uso de hueso de vaca "descelularizado" ha sido aprobado por la FDA para uso clínico, en estudios futuros, dicen los investigadores, esperan probar el polvo de hueso hecho de hueso humano, ya que se usa más ampliamente en la clínica. También quierenexperimentar con los diseños del interior de los andamios para hacerlo menos geométrico y más natural. Y planean probar aditivos que animan a los nuevos vasos sanguíneos a infiltrarse en los andamios, que serán necesarios para que sobrevivan los implantes de hueso más grueso.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Medicina de Johns Hopkins . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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