Después de la transfusión de sangre, el trasplante de injertos óseos es el segundo procedimiento médico que más se realiza en el mundo, con más de 2,2 millones de injertos implantados cada año. Sin embargo, este procedimiento todavía presenta limitaciones, ya que es un proceso doloroso, costoso y que puede comportar riesgos para el paciente, como el rechazo del injerto y la transmisión de enfermedades.

Cuando no es posible llevar a cabo este procedimiento o el trasplante del injerto falla, se plantean alternativas como las prótesis. Algunas de las aplicaciones más habituales de las prótesis son para el reemplazo de las articulaciones de la rodilla y la cadera, con un millón de cirugías cada año solo en Estados Unidos y los países de la Unión Europea. No obstante, un 10 % de estos implantes acaban fallando, principalmente por dos factores: la falta de integración de los implantes con el tejido óseo circundante (un proceso conocido como osteointegración), y la aparición de cuadros infecciosos, que propician la formación de biopelículas bacterianas resistentes a las defensas del sistema inmunitario y los antibióticos.

Para evitar estos dos problemas de los implantes surge el proyecto Bio-TUNE, liderado por el Grupo de Investigación en Biomateriales, Biomecánica e Ingeniería de Tejidos (BBT) de la Universitat Politècnica de Catalunya - BarcelonaTech (UPC), con el investigador Carles Mas al frente. El proyecto se centra en la creación de materiales multifuncionales que ofrezcan tanto una eficiente adhesión con los tejidos del paciente como un alto potencial bactericida.

El objetivo es minimizar los riesgos de rechazo del implante, tal y como explica Carles Mas, investigador principal del proyecto y profesor de la Escuela de Ingeniería de Barcelona Este (EEBE): "El proyecto Bio-TUNE pretende solucionar los dos problemas principales que se presentan en estos procedimientos de manera simultánea, generando nuevos materiales que, por un lado, mejoren la integración de los implantes con los tejidos y, por otro, inhiban de forma eficiente la adhesión de bacterias a las superficies”.

Para alcanzar estos objetivos, Bio-TUNE consta de tres pilares: "En primer lugar, intentamos entender cuáles son los mecanismos implicados en la interacción de las células y las bacterias con las superficies de un implante. Con este conocimiento, podemos después desarrollar estrategias que nos permitan controlar estos procesos. Esto lo hacemos inspirándonos en la naturaleza, en procesos que, de forma natural, permiten regenerar el hueso o inhibir la adhesión de bacterias. Finalmente, el proyecto Bio-TUNE también pretende valorar como estas nuevas estrategias podrían transformarse en nuevos productos que tengan un impacto final en la sociedad, de modo que podamos, a la larga, tener implantes dentales, implantes ortopédicos, etc. con unas tasas de éxito más elevadas. Así, evitaremos nuevas cirugías y las problemáticas asociadas", explica Carles Mas.

Investigación multidisciplinar
Para llevar a cabo el proyecto Bio-TUNE, se ha formado un consorcio de diez grupos de investigación, universidades e instituciones de Europa, Asia y América del Sur, integrados por especialistas en Biología, Ciencia e Ingeniería de materiales, Biomedicina, Farmacia y Química, entre otras disciplinas.

Hasta ahora, en el marco del proyecto se han diseñado sensores para monitorizar la actividad celular y poder diferenciar el comportamiento de las células y bacterias. También se han desarrollado superficies a escala nanométrica con patrones y relieves que favorecen la interacción de los materiales con las células. Y se ha trabajado en el desarrollo de agentes con acción bactericida, a partir de la identificación de moléculas que reemplazarían a los antibióticos, reduciendo así la problemática actual de resistencia a estos fármacos. Estas soluciones se implementarán en recubrimientos y materiales multifuncionales, que simultáneamente puedan favorecer la integración tisular y evitar la proliferación de gérmenes.

El proyecto Bio-TUNE cuenta con financiación del programa Horizon 2020 de la Unión Europea, en el marco de una acción Marie Sklodowska-Curie que promueve la investigación y colaboración internacional y, además, fomenta el intercambio de personal de ciencia y técnica. 23 investigadores e investigadoras vinculadas al proyecto han realizado estancias de investigación en diferentes partes del mundo y siguen aportando su trabajo y conocimiento al avance de la ciencia.

Imatge: El investigador Carles Mas y las estudiantes de doctorado Patricia López y Nerea García, trabajando con distintas muestras en el Laboratorio de Biomateriales de la UPC

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