Desarrollan una estructura 3D con base de titanio que mejora los implantes óseos

Un equipo de investigación de la Universidad de Málaga, el Centro Andaluz de Nanomedicina y Biotecnología-BIONAND, el Instituto Tecnológico de Canarias, la empresa Osteobionixy el Centro de Investigación Biomédica en Red ha desarrollado una estructura 3D de tamaño nanoscópico, en forma de árbol, para recubrir las prótesis de titanio e incorporar sustancias que facilitan el ensamblaje con el hueso. Este mecanismo mejora la conexión, evita el rechazo y el desgaste de la masa ósea y del propio implante.

El resultado del trabajo es un implante de titanio recubierto de una nano-estructura tridimensional con forma de árbol, llamada dendrímero, que actúa de puente entre el titanio y el hueso y que, además, porta unas sustancias que facilitan la formación de nuevo tejido entre ellos. De esta manera, el componente sano se une a la prótesis haciendo que se produzca la fijación de una manera natural, más estable y con mayor duración que las actuales.

El método que proponen los investigadores en el artículo ‘Dendritic Scaffold onto Titanium Implants. A Versatile Strategy Increasing Biocompatibility’ publicado en la revista Polymers confiere unas características específicas a los implantes, ya que tienen una estructura más homogénea y con mayor integridad, lo que provoca un menor desgaste. También cuenta con la posibilidad de controlar su composición para la administración de fármacos específicos con la finalidad de evitar rechazos e infecciones.

Concretamente, los expertos incluyeron fragmentos de unas proteínas que el cuerpo produce de manera natural, conocidas como fibronectina, que favorecen la unión de las células del hueso al implante. Estas moléculas provocan que las células crezcan y proliferen produciéndose una mayor aceptación del elemento externo. “Las integrinas de las células funcionan como garfios perfectos que se acoplan a los fragmentos de fibronectina colocados en la estructura del dendrímero, consiguiendo una integración robusta entre el implante y el organismo”, afirma a la Fundación Descubre la investigadora de la Universidad de Málaga Leonor Santos, autora del artículo.

La investigadora de la Universidad de Málaga Leonor Santos, autora del artículo.

De esta manera, cada rama del andamiaje se fija al hueso mediante estos ganchos anclando el implante y favoreciendo que las conexiones ocurran de manera natural integrándose el metal con el tejido vivo. “Estas propiedades únicas hacen que los sistemas dendriméricos sean idóneos para una gran variedad de aplicaciones en la medicina regenerativa”, añade la investigadora.

Así, además de las fibronectinas, podrían incorporarse otras sustancias, como anti-inflamatorios, que favorezcan la recuperación de los tejidos tras la instalación de la prótesis, o antibióticos, con los que se eviten problemas frecuentes en los implantes actuales, como infecciones provocadas por bacterias.

Implantes que se hacen hueso

Los problemas que pueden derivarse en las sustituciones por material metálico suelen venir provocados por la sobrecarga a la que se someten y que pueden producir pérdida del hueso sano, desgaste del propio implante o que se establezca una mala relación entre ellos y resulte en rechazo o en infecciones.

Los expertos ya trabajan para determinar su idoneidad en pacientes tal y como han demostrado en laboratorio. Además, lo plantean como una opción viable y aplicable en implantes dentales, prótesis de mandíbula completa, de cadera o de rodilla. “Estas últimas tienen una vida útil en la actualidad de unos 10 años. Con esta nueva estructura la duración sería mayor”, concluye la experta.

Los expertos plantean este nuevo sistema como una opción viable y aplicable para implantes dentales, prótesis de mandíbula completa, de cadera o de rodilla.

Así, el trabajo modificó las superficies de los dendrímeros con el fragmento de la fibronectina conocido como “dominio RGD”, que consta de sólo tres aminoácidos (arginina-glicina y aspartato) y que sirven como anclaje para los receptores de la membrana celular llamados integrinas. Estos receptores transmiten a las células numerosas señales críticas sobre el entorno que las rodea y determinan si la célula puede adherirse o no a un material concreto.

Al no ser materiales biológicos, los metales, polímeros y productos sintéticos de que están hechas las prótesis carecen del dominio RGD, y son difícilmente reconocibles por las células. Al recubrir el metal con un dendrímero que porta el dominio RGD, la célula encuentra en el metal un punto de anclaje y se une a él de una manera natural. Así, esta composición promovió y mejoró la adhesión celular a las superficies de titanio ampliando su biocompatibilidad, es decir, su capacidad de ser aceptado por el organismo. De esta manera, el dendrímero queda fijado al hueso que lo entiende como propio, no algo externo, y se logra que tanto el implante como el lugar donde se incluye hablen el mismo ‘idioma biológico’ y no se produzca un rechazo.

El estudio se ha financiado a través de los proyectos ‘Nuevos dendrímeros y marcadores fluorescentes para aplicaciones biomédicas’ e ‘Implantes personalizados de titanio poroso bioingenierizados para cirugía reconstructiva maxilofacial. Pruebas de concepto y ensayo preclínico’ del Ministerio de Ciencia e Innovación y los proyectos ‘Desarrollo de Nuevos Nanobiosensores para el Diagnóstico de Reacciones Adversas a Medicamentos’ y ‘Reparación y Regeneración de Defectos Óseos Segmentarios Mandibulares. Modelo Preclínico Basado en Ingeniería de Tejidos’ de la Consejería de Salud y Familias de la Junta de Andalucía.

Referencias

Noemi Molina, Ana González, Donato Monopoli, Belinda Mentado, José Becerra, Leonor Santos Ruiz, Yolanda Vida, y Ezequiel Pérez Inestrosa. ‘Dendritic Scaffold onto Titanium Implants. A Versatile Strategy Increasing Biocompatibility’. Polymers. 2020.