Evaluación in vivo en modelo animal de la capacidad de bionanocompositos a base de nanopartículas de vidrio bioactivo para estimular la regeneración de tejido óseo

Abstract

Introducción La reparación de tejidos óseos en odontología es una necesidad en distintos tipos de cirugías. Sin embargo, los autoinjertos, aloinjertos y xenoinjertos que existen en el mercado presentan limitada capacidad osteogénica que no siempre permiten obtener resultados clínicos satisfactorios. Por esta razón la ingeniería de tejidos cobra importancia, ya que esta disciplina busca la síntesis de injertos aloplásticos o biomateriales sintéticos, que superen las capacidades regenerativas de los injertos tradicionales. En tesis anteriores, pertenecientes a este mismo proyecto se sintetizaron y evaluaron in vitro bionanocompósitos a base de andamios de quitosano/gelatina (QG) y poliuretano biodegradable (PU), cargados con nanopartículas de cerámicas de vidrio bioactivo (nBG y nMBG). Los resultados concluyeron que estos biomateriales son capaces de inducir la formación de apatita y la diferenciación osteogénica de células madre. El presente trabajo de tesis tiene como objeto evaluar in vivo la capacidad de regeneración de tejido óseo de los mismos bionanocompósitos, utilizando para ello un modelo animal. Hipótesis Bionanocompósitos cargados con nanopartículas de vidrio bioactivo presentan capacidad de regeneración ósea in vivo superior a la presentada por los andamios puros. Objetivo Compar ar l a capaci dad de r egener aci ón ósea in vivo de bionanocompósitos cargados con nanopartículas de vidrio bioactivo respecto a los andamios puros y los controles. Materiales y métodos Los bionanocompósitos a utilizar en este trabajo, fueron preparados y evaluados in vitro en tesis anteriores del presente proyecto. Los

bionanocompósitos evaluados fueron: bionanocompósitos de quitosano/ gelatina cargados nanopartículas de vidrio bioactivo (nBG) y nanoesferas de vidrio bioactivo mesoporoso (nMBG) en forma de esponjas porosas (nBG/QGSP/QG- SP) y de y nMBG/QG-SP) y esferas en estado gel (nBG/QG-SF y nMBG/QG-SF)

(Cádiz, Covarrubias, y cols., 2015) y el andamio puro DE de quitosano/gelatina sin las nanopartículas (QG-SP). Además se probaron andamios de poliuretano

puro (PU) y con nanopartículas de vidrio bioactivo (nBG/PU y nMBG/PU) (Agüero, Covarrubias, 2015). Como referencia de material clínico se utilizó el aloinjerto comercial Puros® Particulate Allograft (Zimmer Dental).

Los bionanomateriales se evaluaron in vivo utilizando un protocolo de modelo animal en rata, el cual fue aprobado por el Comité de Bioética sobre Investigación en Animales de la Facultad de Medicina, Universidad de Chile (Protocolo CBA# 0542 FMUCH, Anexo 1). Todo el procedimiento estuvo regido de acuerdo a protocolos del comité de bioética institucional, correspondiente a los cuidados antes, durante y después del procedimiento quirúrgico. Se utilizaron en total 22 ratas (Sprague Dawley) en las cuales se generó un defecto óseo que cumplía con el tamaño crítico del defecto (4 mm) y luego se implantaron un injerto en cada uno. Después de 8 semanas de implantación los animales fueron eutanasiados y se obtuvo muestras de tejido, correspondiente a la zona del defecto óseo en la cual se realizó el injerto. Las muestras de tejidos obtenidas fueron incluidas en resina y caracterizadas mediante análisis con microscopía electrónica de barrido en modalidad backscattering (SEM-BS), análisis elemental con energía dispersiva de rayos X (EDX) y microtomografía computarizada de rayos - x (Micro-CT). Resultados Como era de esperar el defecto óseo sin tratamiento no reparó por sí solo, mientras que todos los biomateriales estudiados presentaron capacidad de estimular la formación de tejido óseo en diferentes grados. En control positivo Puros® reparó con corticales continuas pero de menor espesor. Los bionanocompósitos de nBG/QG-SP presentaron en general corticales continuas, y de espesor similar al resto de las corticales del mismo hueso. Los

bionanocompósitos a base de PU presentaron formación de tejido óseo con corticales abombadas, irregulares, con centros de densidad mixta que invaden el espacio medular. Los compósitos de nBG/QG-SF y de nBG/QG-SP fueron quienes presentaron mejor capacidad de estimular la formación de tejido óseo, en términos de cantidad y densidad de hueso formado. Estos materiales presentaron también una capacidad regenerativa mayor que el aloinjerto comercial Puros®. Los resultados demuestran que los materiales con la nanopartícula nBG son más eficientes que aquellos preparados con nMBG lo anterior debido a que nBG posee menor tamaño de partícula (70 nm) y por lo tanto posee mayor tasa de disolución y liberación de iones capaces de inducir la formación de hidroxiapatita. Con respecto al tipo de polímero de los andamios, el QG presentó mejores propiedades que PU, debido principalmente a la mayor biodegradabilidad de QG respecto a PU. Se encontró además que en cuanto los formatos de presentación, esferas en estado gel y esponjas liofilizadas, ambos presentan características favorables y su utilidad dependerá de las características clínicas del defecto que se requiera reparar. Conclusión Todos los bionanocompósitos con vidrio bioactivo fueron capaces de inducir calcificación y reparación de los defectos óseos en modelos animal en ratas, en especial los scaffolds cargados con nBG (nBG/QG-SP y nBG/QG-SF), quiene presentaron resultados superiores incluso que el aloinjerto comercial Puros®.