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El nuevo biomaterial, desarrollado por investigadores españoles, consiste en una membrana del cascarón de huevo recubierta con nanocristales de apatito. Es capaz de estimular las células formadoras del hueso y se podrá aplicar en traumatología y odontología regeneradora.
Un equipo liderado por investigadores del Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra (IACT), centro del CSIC y la Universidad de Granada, ha desarrollado un biomaterial basado en una membrana con una cara externa mineralizada, que induce la formación de nuevas células óseas, y una cara interna sin mineralizar, que actúa como barrera frente a una indeseada invasión celular desde el tejido gingival circundante hacia la zona de formación del hueso.
Los resultados han sido publicados en la revista Biomaterials Advances y tanto el material resultante como sus aplicaciones han sido protegidos mediante patente en España, al mismo tiempo que se ha iniciado el proceso para su protección internacional.
La membrana del huevo es un material biopolimérico singular formado por fibras de colágeno (tipo I, V y X) y recubierta de proteínas de la clara, proteínas de la matriz de la cáscara y carbohidratos como glucosaminoglicanos y ácido hialurónico.
Además, en su cara externa, la membrana presenta unas estructuras denominadas mamilas, compuestas de proteoglicanos, unas moléculas que actúan como centros de nucleación (cambio de estado por el que se forman cuerpos sólidos a partir de una fase líquida previa) de carbonato cálcico, el componente mineral de la cáscara.
La composición y función de las caras externa e interna de la membrana son diferentes. Mientras la cara externa promueve la nucleación de carbonato cálcico y por tanto la formación de la cáscara; la interna, que está en contacto con la yema y la clara, inhibe la formación del mineral. Las aves aprovechan este doble rol de la membrana para formar el resistente material de cáscara de huevo: una coraza de carbonato cálcico que protege al embrión de agresiones externas y, al mismo tiempo, le permite eclosionar fácilmente desde su interior.
Esta dualidad ha demostrado ser una característica prometedora, explotada en este trabajo, para el desarrollo de un material biohíbrido con futuras aplicaciones en regeneración ósea guiada, usada en odontología para promover la regeneración de hueso mandibular, y recubrimiento pulpar.
El nuevo biomaterial consta de una membrana de cáscara de huevo de gallina, recubierta en su cara externa por nanocristales de fosfatos de calcio (fase apatito), preservando su cara interna sin mineralizar. Los fosfatos de calcio son un grupo de minerales que contienen iones de calcio y fosfato en su composición, y cristalizan en diferentes fases, entre ellas la fase apatito, que es el principal componente mineral de nuestros huesos y dientes.
“Hemos usado una técnica denominada ‘cristalización por difusión de vapor’, que persigue la precipitación de nanocristales de apatito con características similares al apatito del hueso que se pretende regenerar. El biomaterial obtenido es pues bifuncional, osteoinductor en la cara externa y barrera frente a la invasión celular en la cara interna, pudiendo sustituir a los actuales materiales empleados en regeneración ósea guiada, es decir, la suma de una membrana más un injerto óseo”, indica Jaime Gómez Morales, del Laboratorio de Estudios Cristalográficos del IACT e investigador principal del estudio.
“La membrana en su cara externa es, por ende, afín a los tejidos mineralizados y en su cara interna afín a los tejidos blandos y, además, es reabsorbible, agrega.
Los trabajos in vitro han confirmado que el material de membrana de huevo recubierto con apatito tiene propiedades mecánicas mejoradas respecto a la propia membrana, biocompatibilidad y capacidad de estimular el crecimiento y desarrollo de células formadoras de hueso, incluyendo la diferenciación osteogénica de células madre mesenquimales (importantes para fabricar y reparar tejido óseo).
Estas propiedades son clave para determinar el potencial de aplicación clínica del material conseguido en este estudio y son garantes para avanzar en la investigación del mismo. De este modo, el material puede ser también utilizado para la regeneración de lesiones de otros huesos del cuerpo.
“En el caso de recubrimiento pulpar, el biomaterial de membrana recubre una exposición accidental de la pulpa dental, con el objetivo de preservar la vitalidad del diente. En la actualidad, los materiales utilizados para el recubrimiento pulpar están compuestos a base de hidróxido de calcio, silicatos de calcio y resinas compuestas, presentando limitaciones en su aplicación clínica debido a su incompatibilidad composicional con los tejidos dentales”, explica Gómez Morales.
Según el investigador el nuevo material, en cambio, “contiene fosfatos de calcio (apatito) que son los mismos componentes presentes en los tejidos dentales, como la dentina o el esmalte. Esto lo convierte en una opción prometedora y compatible para la regeneración pulpar”.
El equipo está trabajando en la mejora de las propiedades del biomaterial para su aplicación en campos médicos como la traumatología y la odontología regenerativa”.
Referencia científica: Adriana Torres-Mansilla, Jaime Gómez-Morales et al. “Apatite-coated outer layer eggshell membrane: A novel osteoinductive biohybrid composite for guided bone/tissue regeneration”. Biomaterials Advances (2023)
Estos materiales están compuestos únicamente de proteínas, capaces de entregar de forma prolongada en el tiempo, nanopartículas que pueden dirigirse a células tumorales específicas y destruirlas. Imitan a los gránulos secretores naturales del sistema endocrino y han sido probados con éxito en modelos de ratón con cáncer colorrectal.
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