Resumen de Respuesta celular a biomateriales diseñados para tratamiento de hueso osteoporótico.
- español
La osteoporosis es la enfermedad degenerativa con mayor prevalencia a nivel mundial. Es una enfermedad metabólica ósea, progresiva y crónica, causada por un desequilibrio en el proceso de remodelado óseo, donde la actividad resortiva de los osteoclastos se ve incrementada frente a la síntesis de nuevo hueso, realizada por los osteoblastos. El objetivo de esta Tesis Doctoral es el estudio de la respuesta celular a dos tipos de biomateriales diseñados para tratamiento de hueso osteoporótico mediante diferentes estrategias experimentales: - Andamios macroporosos de hidroxiapatita sustituida con silicio cristalina (SiHA) y nanocristalina (nanoSiHA) tratados y sin tratar con factor de crecimiento de endotelio vascular (VEGF) - Nanoesferas de sílice mesoporosa sin cargar (nanoMGGs) y cargadas con ipriflavona como fármaco antiosteoporótico (nanoMBG-IPs).
Los estudios realizados in vitro e in vivo demuestran que los andamios de hidroxiapatita sustituida con silicio cristalina SiHA y SiHA/VEGF, son excelentes candidatos para el tratamiento de hueso osteoporótico, puesto que favorecen la adhesión y el crecimiento de osteoblastos y preosteoblastos y retrasan la diferenciación de los osteoclastos y su actividad resortiva, Además permiten el crecimiento de células progenitoras endoteliales (EPCs), promoviendo la angiogénesis alrededor del biomaterial. Al implantarse en ovejas osteoporóticas, los andamios de SiHA y SiHA/VEGF mejoran el grosor de las trabéculas óseas de nueva síntesis y el porcentaje de osificación. Sin embargo, los andamios del material nanocristalino nanoSiHA y nanoSiHA/VEGF, retrasan in vitro la diferenciación de los preosteoblastos y su degradación in vivo se produce de forma acelerada, lo que lleva a descartar estos materiales nanocristalinos como sustitutos óseos y permite proponer los andamios de hidroxiapatita sustituida con silicio cristalina tratados con VEGF (SiHA/VEGF) como excelentes candidatos para el tratamiento de hueso osteoporótico.
Por otra parte, se han optimizado dos modelos de cocultivo in vitro para evaluar el efecto de nanomateriales en condiciones que mimetizan la comunicación intercelular que se produce in vivo entre diferentes tipos celulares. Estos modelos han permitido comprobar que la presencia de los osteoblastos retrasa la diferenciación de los osteoclastos y estudiar el efecto modulador de los macrófagos sobre células angiogénicas.
Los estudios llevados a cabo in vitro con nanoesferas de vidrio mesoporoso bioactivo nanoMBGs han demostrado su eficaz incorporación intracelular en diferentes tipos celulares (osteoblastos, osteoclastos, preosteoblastos, EPCs, macrófagos y linfocitos), sin alterar su proliferación o actividad específica. La presencia del fármaco ipriflavona (IP) en las nanoesferas produce un efecto osteogénico al potenciar la diferenciación de preosteoblastos a osteoblastos maduros, y permitir la correcta proliferación y actividad de los osteoblastos, reduciendo a su vez la actividad resortiva de los osteoclastos. La incorporación intracelular de nanoMBGs y nanoMBG-IPs en EPCs, promueve la expresión de VEGFR2, evidenciando el potencial de estas nanoesferas para inducir el proceso de angiogénesis. Por otro lado, estos nanomateriales no inducen la polarización de macrófagos a fenotipo proinflamatorio M1, favoreciendo el fenotipo reparador M2, clave en los procesos de reparación tisular, así como tampoco alteran la respuesta inmune adaptativa, medida a través de la activación y producción de citoquinas proinflamatorias en linfocitos Th1 y Th2. Los resultados obtenidos in vivo en conejas osteoporóticas, actualmente en desarrollo, muestran que las nanoMBG-IPs producen un aumento en el grosor de las trabéculas y en su densidad ósea. Todas estas evidencias conducen a proponer las nanoMBG-IPs como excelente nanomaterial para el tratamiento de la osteoporosis por administración local en áreas que comienzan a mostrar pérdidas de densidad ósea.
- English
Osteoporosis is the most prevalent degenerative disease worldwide. It is a progressive and chronic metabolic bone disease. It is caused by an imbalance in the bone remodeling process, where the resorptive activity of osteoclasts is favored over the synthesis of new bone, carried out by osteoblasts. It predisposes those who suffer the disease to an increased risk of fracture, estimating that 1 in 3 women and 1 in 5 men will suffer an osteoporotic fracture throughout their lives, with the high socioeconomic impact that this entails.There are different strategies for the treatment of osteoporosis that include the use of specific drugs to slow down the resorptive activity of osteoclasts and enhance the function of osteoblasts, and the design of biomaterials with the ability to induce the processes of osteogenesis and angiogenesis, involved in the regeneration of bone tissue...
