Optimización de la preparación de andamios bionanocompósitos para regeneración ósea basados en biopolímeros y nanopartículas biocerámicas

Abstract

Actualmente se requiere el desarrollo de nuevas terapias para reparar tejido óseo. La ingeniería de tejidos es una disciplina que combina un (andamio) o matriz polimérica, células y señales bioactivas para lograr regenerar un tejido. Los bionanocompósitos son materiales compuestos por partículas biocerámicas nanométricas incorporadas a un andamio polimérico, que combina las propiedades de sorporte del andamio con la capacidad osteoconductiva de las nanobiocerámicas. En este trabajo se presenta la preparación de andamios bionanocompósitos a base de una matriz biocompatible de quitosano y gelatina con nanopartículas incorporadas de hidroxiapatita (nHA), de vidrio bioactivo (nBG), vidrio bioactivo mesoporoso (MBG) y nanoesferas de vidrio bioactivo nanomesoporoso

(n-MBG). Se evaluaron las propiedades estructurales, físicas, químicas y la capacidad bioactiva para la formación de apatita de los bionanocompósitos para su potencial aplicación en ingeniería de tejidos (óseo). Objetivos: Preparar andamios bionanocompósitos a base de quitosano/gelatina y nanopartículas biocerámicas y evaluar su bioactividad in vitro. Materiales y Métodos: Se sintetizaron biocerámicas de HA y BG (nHA, MBG, nBG y n-MBG) utilizando la técnica Sol-Gel. Se prepararon bionanocompósitos con un contenido de 5% y 25% de partícula. Los materiales fueron caracterizados mediante difracción de rayos-X (DRX), espectroscopia infrarrojo (FTIR-ATR) y microscopía electrónica de barrido equipada con microanálisis elemental de energía dispersiva de rayos X (SEM-EDX). Se evaluó su tasa de degradación in vitro y sus propiedades mecánicas en modo compresión. La bioactividad de los bionanocompósitos fue evaluada mediante la capacidad de los bionanocompósitos de inducir apatita tipo ósea en suero fisiológico simulado (SBF). La formación de apatita fue analizada con DRX, FTIR-ATR y SEM. La citocompatibilidad celular fue evaluada preliminarmente mediante el test Alamar Blue utilizando células tipo fibroblastos. Resultados y discusión: Los bionanocompósitos presentaron diferente porosidad de acuerdo al tipo de nanopartícula y apropiado para conducir la formación de nuevo tejido, destacándose aquellos con nBG por su porosidad más homogénea e interconectada. Las propiedades mecánicas y tasa de degradación in vitro de los biopolímeros no fueron alteradas con la incorporación de nanopartículas biocerámicas. Los ensayos en SBF demostraron que bionanocompósitos nBG y nMBG

tienen mejores propiedades bioactivas y el mayor contenido de partícula promueve una mayor y más rápida formación de apatita tipo ósea in vitro. Adicionalmente, los bionanocompósitos de nBG no alteraron la citocompatibilidad. Conclusión: Los materiales bionanocompósitos optimizados presentan adecuadas propiedades bioactivas y estructurales para el estudio de terapias de regeneración ósea, basadas en ingeniería de tejidos.