Compuesto inyectable basado en nanohidroxiapatita para aplicaciones en regeneración ósea

Abstract

RESUMEN: En Latinoamérica se espera un incremento considerable del 70 % de personas mayores para el año 2050. Este envejecimiento poblacional aumentará la incidencia de osteoporosis, la principal causa de fracturas óseas. Por otra parte, las fracturas óseas no solo son ocasionadas por enfermedades, en Colombia, los altos índices de accidentes de tránsito y traumatismos han incrementado las cifras de fracturas y defectos óseos. Para tratar estas complicaciones ortopédicas se han implementado mecanismos de regeneración ósea, que implican el implante de tejidos de origen humano, sin embargo, la cantidad de donantes y de bancos de tejidos es limitada. Lo anterior evidencia la importancia de continuar con investigaciones de posibles y nuevos materiales sintéticos que se presenten como una alternativa a estas técnicas de regeneración ósea convencionales. El presente trabajo tiene como objetivo principal desarrollar un biomaterial 100 % sintético e inyectable a partir de nanohidroxiapatita (nHA), que es un material cerámico biodegradable y biocompatible con propiedades bioactivas y osteoconductivas, además es uno de los principales componentes de la parte inorgánica del hueso humano. Se incorporó nHA en una red polimérica de poli (alcohol vinílico) (PVA) y polivinilpirrolidona (PVP) debido a que esta red presenta ventajas como, su similitud con la matriz extracelular dado a su alto contenido de agua y a sus características moldeables, las cuales favorecen el transporte de nutrientes y metabolitos celulares, imitando el tejido biológico. Por otro lado, el alto porcentaje de inyectabilidad de este biomaterial, podría favorecer la manipulación por parte de los ortopedistas, adaptándose a cualquier geometría de defectos óseos. Además, los materiales inyectables permiten que el defecto óseo sea tratado mediante técnicas quirúrgicas mínimamente invasivas, lo cual disminuye el riesgo de infección. Para caracterizar el material compuesto obtenido se realizaron pruebas de: inyectabilidad para medir la fuerza de extrusión necesaria para inyectar el material, bioactividad y degradación mediante la inmersión en fluido corporal simulado (SBF, por sus siglas en ingles), análisis superficial por medio de microscopia electrónica de barrido (SEM-EDS), se analizó la composición por medio de espectroscopia infrarroja por transformada rápida de Fourier (FTIR) y la citotoxicidad se determinó usando MTT. Adicionalmente, se determinó la porosidad mediante la técnica de desplazamiento de líquido y la capacidad de absorción de humedad mediante el ensayo de hinchamiento. Los resultados permitieron concluir, que el material inyectable compuesto de nHA/PVA/PVP desarrollado en esta investigación tiene potencial uso en aplicaciones biomédicas de regeneración y reparación ósea.

ABSTRACT: In Latin America, a considerable increase of 70% of elderly people is expected by the year 2050. This population aging will increase the incidence of osteoporosis, the main cause of bone fractures. On the other hand, bone fractures are not only caused by diseases; in Colombia, high rates of traffic accidents and trauma have increased the number of fractures and bone defects. To treat these orthopedic complications, bone regeneration mechanisms have been implemented, which involve the implantation of tissues of human origin, however, the number of donors and tissue banks is limited. This demonstrates the importance of continuing research on possible new synthetic materials that can be presented as an alternative to these conventional bone regeneration techniques. The main objective of the present work is to develop a 100% synthetic and injectable biomaterial based on nanohydroxyapatite (nHA), which is a biodegradable and biocompatible ceramic material with bioactive and osteoconductive properties, besides being one of the main components of the inorganic part of human bone. We sought to implement the combination of nHA with a PVA/PVP polymeric network, since they present certain advantages, such as their similarity to the extracellular matrix due to their high-water content and their moldable characteristics, which favors the transport of nutrients and cell metabolites, imitating biological tissue. On the other hand, the high percentage of injectability of this biomaterial could favor the adequate manipulation by orthopedists, adapting to any geometry of bone defects. In addition, injectable materials allow the bone defect to be treated by minimally invasive surgical techniques, which reduces the risk of infection. To characterize the composite material obtained, injectability tests were performed to measure the extrusion force necessary to inject the material, bioactivity and degradation by immersion in simulated body fluid (SBF), surface analysis by scanning electron microscopy (SEM-EDS), composition was analyzed by fast Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and cytotoxicity was determined using the MTT kit. Additionally, porosity was determined by liquid displacement technique and moisture absorption capacity by swelling test. The results led to the conclusion that the nHA/PVA/PVP composite injectable material developed in this research has potential use in biomedical applications for bone regeneration and repair.