Síntesis de nanocerámicas bioactivas para regeneración ósea y el efecto de la nanoestructura en sus propiedades in vitro

Abstract

Introducción: La reconstrucción de defectos del complejo craneomaxilofacial es un actual desafío clínico en odontología. Actualmente se requieren sistemas y terapias clínicas más eficientes para lograr la regeneración de tejido óseo; especialmente en aplicaciones de cirugía maxilofacial, implantología y periodoncia. El desarrollo de la nanotecnología en conjunto con la ingeniería de tejidos ofrece innovadoras soluciones, mediante el estudio, diseño y uso de nanopartículas cerámicas bioactivas. Sin embargo, actualmente se requiere conocer de qué forma las diferentes características estructurales a nano escala de estos biomateriales afectan sus propiedades bioactivas. En este trabajo se sintetizan nanobiomateriales cerámicos con propiedades potenciales para regeneración ósea, nanopartículas de hidroxiapatita (n-HA), nanopartículas de vidrio bioactivo (n-BG) y vidrio bioactivo mesoporoso (MBG) y se estudia el efecto de su características estructurales sobre sus propiedades de bioactividad in vitro. Objetivos: Sintetizar materiales cerámicos bioactivos (n-HA, n-BG y MBG) con diferente nanoestructura (tamaño de partícula y nanoporosidad) y naturaleza química y evaluar sus propiedades osteogénicas in vitro. Metodología: Se sintetizaron partículas de n-HA, n-BG y MBG utilizando la técnica de síntesis sol-gel. Estos materiales fueron caracterizados por medio de difracción de rayos-X (DRX), microscopía electrónica de transmisión (TEM), espectroscopía de infrarrojo (FTIR-ATR), y mediciones de área superficial y tamaño de nanoporos por sortometría de N2. La bioactividad in vitro se evaluó mediante la capacidad para inducir la formación de apatita tipo ósea en fluido fisiológico simulado (SBF) a 36.5°C; analizado mediante microscopía electrónica de barrido (SEM-EDX) y DRX. Se evaluó preliminarmente la capacidad de adsorción de proteínas, de citocompatibilidad y diferenciación osteogénica de células madres dentales. Resultados y discusión: Las partículas n-HA y n-BG presentaron tamaño nanométrico (40 nm, 70 nm), con áreas superficiales entre 66 y 76 m2/g, mientras que MBG un tamaño micrométrico (2 μm) pero con una nanoestructura interna altamente ordenada, compuesta de poros de 4 nm y un área superficial de 480 m2/g. Todas las partículas presentaron capacidad para inducir formación de apatita en SBF, para adsorber proteínas extracelulares, así como de diferenciación celular osteogénica, siendo estas propiedades mayores para la partícula de n-BG. Estos resultados se explican, debido a que el tamaño de partícula parece ser la propiedad más determinante en el comportamiento bioactivo (n-BG), en comparación con la nanoestructura porosa interna (MBG). La formación de apatita parece estar determinada por la superficie externa más que por la superficie interna que produce la nanoporosidad. Por otra parte, los biomateriales de vidrio bioactivo (n-BG y MBG) resultan más bioactivos que la hidroxiapatita (n-HA), como consecuencia de su estructura amorfa, mayor producción de productos de iónicos de disolución, y por lo tanto reactividad en condiciones fisiológicas. Conclusión: El tipo de nanoestructura afecta las propiedades de bioactividad osteogénica de los biomateriales cerámicos. Un tamaño nanométrico de partícula (n-BG) parece ser más favorable que una nanoestructura porosa interna (MBG) para acelerar la formación de apatita tipo ósea y estimular la diferenciación osteogénica de células madres in vitro. Las propiedades demostradas en estas bionanocerámicas parecen ser promisorias en el campo de regeneración ósea.