Estudio ex vivo del potencial de regeneración ósea de nuevas membranas bioinspiradas

Resumen

RESUMEN La periodontitis es una enfermedad infecciosa multifactorial de elevada prevalencia. Además afecta a la aparición y gravedad de otras patologías sistémicas [1]. Se inicia por la existencia de un biofilm bacteriano y conduce a la pérdida dentaria por afectación de los tejidos de soporte (hueso y ligamento periodontal), y a una posterior reabsorción del hueso alveolar [2]. El tratamiento quirúrgico está basado en la regeneración tisular guiada del tejido perdido, mediante la utilización de injertos de membranas [3]. Los materiales reabsorbibles que actualmente se usan no son adecuados porque su tiempo de reabsorción es corto y los productos de degradación no son totalmente citocompatibles [4]. Como alternativa, se están utilizando membranas de politetrafluoroetileno (PTFE) como material no reabsorbible, pero poseen el inconveniente de requerir una segunda cirugía para ser retirados, dado que es un material inerte que no se integra en los tejidos del complejo periodontal [5]. Proponemos el uso de nuevos biomateriales osteogénicos como membranas no reabsorbibles, para el tratamiento de defectos periodontales. El objetivo del estudio es el diseño y fabricación de una membrana nanoestructurada no reabsorbible que debe reproducir la morfología del hueso natural (fibras entre 50 y 500 nm de diámetro, ensambladas en una malla reticular, con poros interconectados). La adsorción de determinadas proteínas plasmáticas sobre estas membranas, parece ser un factor clave para su osteointegración. La adsorción de fibrinógeno y fibrina favorece la migración y diferenciación de células osteoblásticas [6–8]. Es posible realizar modificaciones químicas en las membranas para optimizar la adsorción de proteínas plasmáticas. Esta malla polimérica será por tanto, funcionalizada en su superficie con grupos amino (NH2) o carboxilo (COOH), y dopada con cinc y doxiciclina, con el fin de mejorar su capacidad remineralizadora, de adsorción proteica y antibacteriana. Se procederá también a cargar las fibras de estas membranas con nanopartículas de sílice, compuesto mesoporoso que, utilizado como refuerzo, puede mejorar las propiedades mecánicas y potenciar la adhesión y proliferación de las células osteoblásticas [9,10]. Esta membrana está basada en un prototipo previo desarrollado por Osorio y cols. [11] de polimetilmetacrilato (PMMA). Los PMMA son polímeros biocompatibles no reabsorbibles que se han usado para fijar prótesis al hueso o para vertebroplastia y reparación de defectos esqueléticos, debido a su excelente compatibilidad tisular. La solución polimérica diseñada puede someterse a electroespinning, en cuyo proceso se pueden crear nanofibras con distribución randomizada. El mejor resultado se obtuvo con las membranas carboxiladas con capacidad de adsorción de proteínas. Los grupos COOH son sitios de unión efectivos de complejos calcio/fosfato como base para su mineralización. El dopado con nanopartículas de sílice incrementó las propiedades nanomecánicas y no modificó su topografía. La bioactividad y proliferación de osteoblastos también mejoró en presencia de sílice. En general, la funcionalización con zinc o doxiciclina no produjo diferencias en las características investigadas, pero sus propiedades antibacterianas en ambientes orales pueden justificar su uso en membranas barrera. Las membranas biomiméticas experimentales pueden ser por tanto consideradas como un nuevo constructo potencial para mejorar la regeneración de hueso. REFERENCIAS 1. Rodriguez, I.; GS, S.; Fetz, A.; Gehrmann, C.; SH, S.; JA, E.; MS, G.; Bowlin, G. Barrier membranes for dental applications: A review and sweet advancement in membrane developments. Mouth and Teeth 2018, 2, doi:10.15761/MTJ.1000108. 2. Kinane, D.F.; Stathopoulou, P.G.; Papapanou, P.N. Periodontal diseases. Nat. Rev. Dis. Primers 2017, 3, 17038, doi:10.1038/nrdp.2017.38. 3. Dimitriou, R.; Mataliotakis, G.I.; Calori, G.M.; Giannoudis, P.V. The role of barrier membranes for guided bone regeneration and restoration of large bone defects: current experimental and clinical evidence. BMC Med 2012, 10, 81, doi:10.1186/1741-7015-10-81. 4. Sanz, M.; Dahlin, C.; Apatzidou, D.; Artzi, Z.; Bozic, D.; Calciolari, E.; De Bruyn, H.; Dommisch, H.; Donos, N.; Eickholz, P.; et al. Biomaterials and regenerative technologies used in bone regeneration in the craniomaxillofacial region: Consensus report of group 2 of the 15th European Workshop on Periodontology on Bone Regeneration. J. Clin. Periodontol. 2019, 46 Suppl 21, 82–91, doi:10.1111/jcpe.13123. 5. Sam, G.; Pillai, B.R.M. Evolution of Barrier Membranes in Periodontal Regeneration-“Are the third Generation Membranes really here?". J. Clin. Diagn. Res. 2014, 8, ZE14–ZE17, doi:10.7860/JCDR/2014/9957.5272. 6. Salasznyk, R.M.; Williams, W.A.; Boskey, A.; Batorsky, A.; Plopper, G.E. Adhesion to Vitronectin and Collagen I Promotes Osteogenic Differentiation of Human Mesenchymal Stem Cells. J. Biomed. Biotechnol. 2004, 2004, 24–34, doi:10.1155/S1110724304306017. 7. Moursi, A.M.; Globus, R.K.; Damsky, C.H. Interactions between integrin receptors and fibronectin are required for calvarial osteoblast differentiation in vitro. J. Cell. Sci. 1997, 110 ( Pt 18), 2187–2196. 8. Linsley, C.; Wu, B.; Tawil, B. The effect of fibrinogen, collagen type I, and fibronectin on mesenchymal stem cell growth and differentiation into osteoblasts. Tissue Eng. Part A 2013, 19, 1416–1423, doi:10.1089/ten.TEA.2012.0523. 9. Ding, Y.; Roether, J.A.; Boccaccini, A.R.; Schubert, D.W. Fabrication of electrospun poly (3-hydroxybutyrate)/poly (ε-caprolactone)/silica hybrid fibermats with and without calcium addition. European Polymer Journal 2014, 55, 222–234, doi:10.1016/j.eurpolymj.2014.03.020. 10. Schröder, H.C.; Wang, X.H.; Wiens, M.; Diehl‐Seifert, B.; Kropf, K.; Schloßmacher, U.; Müller, W.E.G. Silicate modulates the cross-talk between osteoblasts (SaOS-2) and osteoclasts (RAW 264.7 cells): Inhibition of osteoclast growth and differentiation. J. Cell. Biochem. 2012, 113, 3197–3206, doi:10.1002/jcb.24196. 11. Osorio, R.; Alfonso-Rodríguez, C.A.; Osorio, E.; Medina-Castillo, A.L.; Alaminos, M.; Toledano-Osorio, M.; Toledano, M. Novel potential scaffold for periodontal tissue engineering. Clin. Oral Investig. 2017, 21, 2695–2707, doi:10.1007/s00784-017-2072-8.