Nanostructured biomaterials for application in bone healing: processing, characterisation and properties

Abstract

En este trabajo de Tesis se ha pretendido contribuir al avance en el desarrollo de nuevos materiales con propiedades mejoradas para su aplicación en terapias de reparación y regeneración ósea. Con este fin, se ha estudiado el procesado de materiales de biopolímero de gelatina mediante la técnica de separación de fases inducida térmicamente (Thermally Induced Phase Separation, TIPS) para obtener matrices nanofibrilares que mimeticen la matriz extracelular del hueso. Inicialmente se obtuvieron unas matrices precursoras que han sido modificadas en dos direcciones. La primera ha consistido en la incorporación de fibrillas de colágeno con su estructura periódica característica (periodicidad-D) para obtener matrices de gelatina nanofibrilares funcionalizadas con colágeno estructurado y así mejorar su funcionalidad biológica. La caracterización realizada mediante técnicas de difracción de rayos X y microscopía electrónica de transmisión ha demostrado la obtención de matrices de composición mayoritaria de gelatina pero presentando características estructurales de la periodicidad-D del colágeno. Los estudios biológicos mostraron una mejora en la proliferación de células madre mesenquimales humanas sobre estas matrices funcionalizadas. La segunda de las modificaciones se ha realizado mediante la inclusión de micropartículas de material biocerámico nanoporoso ordenado para obtener dispositivos con propiedades bioactivas y transportadoras de moléculas terapéuticas, como antibióticos, para su liberación in situ . Así, los dispositivos híbridos procesados mostraron mejoras respecto a la matriz de gelatina no modificada, en cuanto a las propiedades texturales, el aumento de la bioactividad ensayada en solución salina simulando condiciones fisiológicas (Simulated Body Fluid, SBF) y la estabilidad frente a la biodegradación en ensayos in vitro con colagenasa. En comparación con las matrices de partida de gelatina no modificadas, los ensayos de liberación de antibiótico in vitro de los dispositivos híbridos mostraron una mayor capacidad de incorporación de antibiótico así como un perfil de liberación sostenida. Además, los ensayos de los dispositivos cargados con antibiótico y con bacterias relevantes en infecciones óseas confirmaron su funcionalidad al constatar que el antibiótico se mantenía estable y se liberaba al medio de forma activa. Los ensayos de biocompatibilidad, realizados con células osteoprogenitoras, han sido igualmente positivos, mostrando como la modificación realizada para los dispositivos híbridos producía un aumento en la proliferación celular.