Se ha demostrado en laboratorio que un hidrogel multifuncional no solo repara defectos, sino que también fortalece los huesos debilitados por la osteoporosis.

Cualquiera que haya tenido alguna vez la desagradable experiencia de un hueso roto sabe muy bien lo agotador y doloroso que puede ser esperar a que sane por completo. Si tan solo hubiera una cura rápida, al estilo de la ciencia ficción, que pudiera tratar incluso heridas y lesiones graves y ayudarlas a sanar más rápido, si no instantáneamente.

En los últimos años, muchos estudios han examinado el diseño y uso de «geles curativos» para este mismo propósito. Estos se denominan hidrogeles y generalmente consisten en una sustancia polimérica que, como la gelatina, une una gran cantidad de agua y se combina con compuestos solubles en agua, como p. Como medicamentos, pueden equiparse para diversos fines médicos.

Aunque el campo está ganando tracción, todavía estamos muy lejos de un gel de curación ósea de uso múltiple. Sin embargo, un equipo está progresando. En un estudio reciente publicado en Materiales funcionales avanzadosLos investigadores investigaron el uso de un hidrogel para reparar los defectos óseos causados ​​por la osteoporosis.

«Con el empeoramiento del envejecimiento global, la cantidad de pacientes con osteoporosis ha aumentado considerablemente», dijo uno de los autores principales del estudio, Fengxuan Han, profesor de la Universidad de Soochow en China. «[The rise in patients] aumenta la carga de la salud pública”.

Un tratamiento para la osteoporosis a base de hidrogel

Para combatir la osteoporosis, los investigadores deben desarrollar una estrategia no solo para reparar los huesos, sino también para fortalecerlos. Si bien existen terapias, esta no es una tarea fácil debido a la naturaleza de la enfermedad.

«Varios medicamentos para la osteoporosis, como el estrógeno, los bisfosfonatos y el denosumab, [help] , pero tienen desventajas, como un mayor riesgo de cáncer de mama, osteonecrosis de la mandíbula y fracturas femorales atípicas», dijo Han. “Además, se están desarrollando muchos medicamentos para tratar los defectos óseos osteoporóticos, pero los efectos secundarios del uso a largo plazo de estos medicamentos aún son controvertidos y se necesitan más datos clínicos para confirmarlos.

«Aún es difícil obtener el efecto ideal al enfocarse solo en uno o dos factores del complejo [healing] durante la reparación de defectos óseos osteoporóticos”, agregó.

Uno de los objetivos es el microambiente óseo: una red dinámica de células y factores ambientales como el pH y los niveles de oxígeno que ayudan a regular el comportamiento celular y mantienen saludables los tejidos y órganos. Los cambios en el microambiente debido a la osteoporosis interfieren con los mecanismos naturales de reparación ósea del cuerpo, lo que resulta en una disminución de las células necesarias para reconstruir hueso nuevo, así como un aumento en las células que lo descomponen de forma natural, alterando finalmente el equilibrio hacia el desmantelamiento total.

También existe el problema adicional de que en la osteoporosis, la reducción de la inflamación que se produce naturalmente durante la reparación ósea se ve obstaculizada por los altos niveles de especies reactivas de oxígeno. Reaccionan con enzimas cruciales necesarias para reconstruir el hueso, evitando que lleve a cabo su reparación normal.

Para resolver este problema, Han y sus colaboradores desarrollaron un hidrogel que contenía microesferas recubiertas de minerales cargadas con un fármaco antiinflamatorio para evitar las barreras de reparación erigidas por la enfermedad.

«Construimos un sistema de hidrogel compuesto que contiene microesferas cargadas de fármacos», dijo Han. «El dióxido de manganeso (MnO2) en la superficie de las microesferas actúa como un «ejército avanzado» para eliminar el exceso de especies reactivas de oxígeno en el sitio de la lesión ósea, regular el pH, mejorar la respuesta inflamatoria y crear un microambiente favorable. Posteriormente, los medicamentos de liberación lenta, en este caso el inhibidor de la proteína de activación de fibroblastos (FAPi), actúan como la «fuerza principal» y pueden reparar rápidamente los defectos óseos osteoporóticos al promover la formación de hueso e inhibir la resorción ósea».

Para crear su hidrogel, el equipo primero hizo pequeñas microesferas de fosfato de calcio poroso y las recubrió con polidopamina para protegerlas de la degradación. Luego, las microesferas se recubrieron con dióxido de manganeso y luego se infundieron con el fármaco FAPi.

A continuación, las microesferas preparadas se disolvieron en un hidrogel biocompatible de aminoácidos modificados. Cuando se aplica en un entorno biológico, el hidrogel está diseñado para degradarse lentamente, lo que genera un flujo continuo de microesferas y fármaco en el tejido, lo que prolonga el tiempo de tratamiento.

Usando cultivos celulares con parámetros similares a la osteoporosis, el equipo probó su hidrogel y lo comparó con dos controles: uno que contenía las microesferas pero no tenía medicamento, y otro que no tenía medicamento ni microesferas.

En comparación con los controles, el gel cargado solo con microesferas recubiertas redujo los niveles de especies reactivas de oxígeno, lo que demuestra que el recubrimiento de dióxido de manganeso funciona según lo previsto. Otros estudios celulares centrados en modular la inflamación para apoyar la formación de hueso nuevo mostraron que el crecimiento de hueso nuevo generalmente se correlacionaba con la concentración de FAPi cargada en las microesferas.

En modelos animales, los investigadores observaron la curación de defectos óseos tratados con hidrogeles durante un período de 12 semanas. Esto confirma los resultados de los cultivos celulares, con el grupo de hidrogel de microesferas cargado con FAPi recuperándose casi por completo en este período de tiempo.

«Nuestros resultados indican que un enfoque múltiple para promover la reparación de los defectos óseos osteoporóticos salvando el microambiente y dirigiendo la respuesta inmunitaria es un método prometedor para reparar los defectos óseos osteoporóticos», añadió Han. «Si compensamos las deficiencias de los hidrogeles actuales y les permitimos adaptarse de manera inteligente a los procesos de reparación de tejidos, los hidrogeles ofrecerán nuevas opciones para el tratamiento clínico».

Referencia: Chaoyong Liu, Bin Li, Fenxuan Han et al. , Un hidrogel compuesto multifuncional que rescata el microentorno ROS y guía la respuesta inmunitaria para la reparación de defectos óseos osteoporóticos, Materiales funcionales avanzados (2022) DOI: 10.1002/adfm.202201067

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