Preparación y propiedades bioactivas de bionanocompósitos para regeneración ósea basados en biopolímeros y nanopartículas cerámicas

Abstract

La hidroxiapatita (HA) y el vidrio bioactivo (BG) son materiales cerámicos conocidos por sus propiedades bioactivas para inducir la formación de tejido óseo. Los bionanocompósitos son materiales compuestos por cerámicas bioactivas, en forma de nanopartículas, y poliméros biodegradables que combinan la bioactividad de las nanopartículas con las propiedades de soporte del polímero poroso (andamio), guiando la proliferación celular y el crecimiento del nuevo tejido. Alginato (ALG) y gelatina (GEL) son biopolímeros que están siendo actualmente evaluados como materiales para la preparación de anadamios de regeneración. En este trabajo se presenta la preparación de bionanocompósitos a base de blendas de ALG-GEL cargadas con nanopartículas de HA y BG, y la evaluación de sus propiedades bioactivas y estructurales in vitro, para su potencial aplicación en ingeniería tisular ósea en odontología.

Objetivos: Preparación y caracterización de bionanocompósitos a base de blendas de ALG-GEL cargadas con nanopartículas biocerámicas, y la evaluación de sus propiedades bioactivas y estructurales in vitro.

Materiales y Métodos: Se sintetizaron nanopartículas de HA y BG (nHA, nBG) utilizando la técnica Sol-Gel. Los bionanocompósitos se prepararon a base de geles de ALG-GEL con un contenido en peso de 25% de nanopartículas. La porosidad 3D fue producida mediante congelación a -80°C y liofilizado. La bioactividad se evaluó por la capacidad de inducir apatita tipo ósea en suero fisiológico simulado (SBF) y su capacidad de adsorción de proteínas. Se realizaron ensayos de degradación in vitro en medio acuoso hasta 7 días de incubación. Los bionanocompósitos y la formación de apatita fueron analizados mediante difracción de rayos-X (DRX), espectroscopia infrarrojo (FTIR-ATR) y microscopia electrónica de barrido equipada con microanálisis elemental de energía dispersiva de rayos X (SEM-EDX). Se realizó un ensayo preliminar de proliferación celular 2

mediante el ensayo colorimétrico MTS utilizando células madres provenientes de la pulpa dental.

Resultados y discusión: Los bionanocompósitos presentaron una estructura porosa interconectada con diferente forma y tamaño (30-280 μm), apropiado para conducir la formación de nuevo tejido. Los ensayos en SBF y de adsorción de proteínas demostraron que bionanocompósitos basados en partículas de HA y BG tienen mejores propiedades bioactivas con respecto al andamio puro. En particular, los bioanocompósitos con BG presentaron mayor capacidad para inducir la formación de apatita tipo ósea con respecto a HA, esto se atribuye a la mayor reactividad de nBG. La tasa de degradación de la blenda ALG-GEL resultó ser similar a la de andamios compuestos por nanopartículas. Los bionanocompósitos también permitieron la proliferación de células madre, sugiriendo que estos materiales no alterarían la viabilidad celular.

Conclusión: Bionanocompósitos de ALG-GEL, cargados con nanopartículas de cerámicas, presentan propiedades in vitro adecuadas para su potencial uso en aplicaciones de ingeniería tisular ósea, particularmente aquellos cargados con nanopartículas de BG.