Nanopartículas superparamagnéticas de óxido de hierro para la regeneración ósea

• Autores: Manuel Estevez Amado
• Directores de la Tesis: Isabel Izquierdo Barba (dir. tes.), Blanca González Ortiz (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2024
• Idioma: español
• Número de páginas: 303
• Títulos paralelos:
  • Superparamagnetic iron oxide nanoparticles for bone regeneration
• Tribunal Calificador de la Tesis: Daniel Arcos Navarrete (presid.), Ricardo Larrainzar Garijo (secret.), María del Puerto Morales Herrero (voc.), Mª Concepción Serrano López Terradas (voc.), Sonia Lucia Fiorilli (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Farmacia por la Universidad Complutense de Madrid y la Universidad de Alcalá
• Materias:
  • Ciencias de la vida
    • Biología celular
      • Cultivo celular
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense
• Resumen
  • español

    Las fracturas osteoporóticas son un grave problema de salud pública a nivel global. Cuando la solución para tratar la fractura consiste en el implante de un injerto óseo, los autoinjertos y los implantes sintéticos son algunas de las alternativas disponibles. Las limitaciones asociadas al uso de autoinjertos siguen impulsando los esfuerzos para desarrollar implantes sintéticos que favorezcan la regeneración ósea. Sin embargo, aún no se ha desarrollado el material de reconstrucción ósea perfecto. El objetivo de esta tesis doctoral ha sido la obtención de nuevos andamios nanoestructurados con nanopartículas superparamagnéticas de óxido de hierro (SPIONs) que permitan la mecanotransducción celular a distancia para el tratamiento de fracturas óseas. La estrategia se basa en la capacidad de las SPIONs de responder a campos magnéticos externos generando estímulos mecánicos en las células con las que se encuentran en contacto, y en última instancia, en la capacidad de las células de transformar los estímulos mecánicos en señales bioquímicas que las dirijan hacia la diferenciación osteogénica y la formación de hueso. En la presente tesis doctoral hemos abordado este objetivo a través de los siguientes estudios: 1. Síntesis de SPIONs mediante descomposición térmica como método reproducible y bien establecido, funcionalización de las nanopartículas con el péptido Arg-Gly-Asp (RGD) para el direccionamiento a las integrinas celulares y evaluación de su potencial como herramientas que permitan desencadenar la diferenciación osteogénica.

    2. Incorporación de las SPIONs sintetizadas por descomposición térmica en dos tipos de andamios tridimensionales destinados a la regeneración ósea. La primera estrategia se basa en la incorporación de una suspensión acuosa de SPIONs en una solución de colágeno tipo I para producir andamios magnéticos mediante el procesado de la formulación por electrohilado. La metodología optimizada permitió la producción de andamios magnéticos, fibrosos y biocompatibles. Este enfoque persigue el movimiento de las SPIONs al aplicar un campo magnético externo para provocar el movimiento del conjunto de las fibras y que este sea percibido por las células adheridas al biomaterial. La segunda estrategia se basa en la incorporación de las SPIONs en la superficie de andamios poliméricos tridimensionales compuestos por una mezcla polimérica de ácido poli-L-láctico, policaprolactona y poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato). En este enfoque, el objetivo consiste en incorporar las SPIONs en la superficie del andamio para favorecer el contacto directo a largo plazo entre las nanopartículas y la superficie de las células. Para la obtención de los andamios magnéticos se combinaron dos técnicas. En primer lugar, se fabricaron los andamios tridimensionales mediante el modelado por deposición fundida (FDM) de la mezcla polimérica. En un segundo paso, se depositaron las SPIONs en la superficie de los andamios mediante la impresión por inyección térmica de tinta por goteo a demanda, utilizando las suspensiones acuosas de SPIONs como tinta. Los ensayos in vitro con hBM-MSCs demostraron el potencial osteogénico de los andamios magnéticos desarrollados cuando se aplica un campo magnético externo.

    3. Producción de SPIONs mediante pirólisis por pulverización en llama (FSP), a gran escala y en colaboración con una empresa para potenciar la investigación traslacional y acercar los materiales desarrollados al mercado. Los estudios in vitro con células de sangre periférica y hBM-MSCs demostraron el potencial de estas nanopartículas producidas a gran escala para su uso en aplicaciones biomédicas.

    El conjunto de resultados recogidos en esta tesis doctoral pone de manifiesto el potencial y el interés del uso de SPIONs en combinación con campos magnéticos externos para facilitar la regeneración de defectos óseos.

  • English

    Every three seconds a person suffers an osteoporotic fracture worldwide and, with the progressive increase in life expectancy, the incidence is expected to double in a few decades. Osteoporotic bone fractures cause permanent pain, decrease the quality of life and life expectancy of affected patients and often require surgical intervention. When the intervention to treat the fracture consists of the implantation of a bone graft, autografts, allografts, xenografts and synthetic implants are the available alternatives. In this regard, the known limitations associated with the clinical use of autografts, allografts and xenografts continue to drive efforts to develop synthetic implants that promote bone regeneration, using the principles of biomaterials and tissue engineering. However, despite years of effort, the perfect bone reconstruction material has not yet been developed. Therefore, there is an unmet medical need for implants capable of increasing the chances of restoring form and function to fractured bone...