No ha habido un estándar de oro sobre cómo los cirujanos de columna ortopédica promueven el crecimiento de hueso nuevo en los pacientes, pero ahora los científicos de la Universidad de Northwestern han diseñado un nanomaterial bioactivo que es tan bueno para estimular la regeneración ósea que podría convertirse en el método preferido por los cirujanos.
Según un estudio en un modelo animal de fusión espinal, el método para promover el nuevo crecimiento óseo podría traducirse fácilmente en humanos, dicen los investigadores, donde una población envejecida pero activa en los EE. UU. Recibe cada vez más esta cirugía para tratar el dolor debido a la degeneración del disco, trauma y otros problemas de espalda. Muchos otros procedimientos podrían beneficiarse del nanomaterial, desde la reparación del trauma óseo hasta el tratamiento del cáncer óseo y el crecimiento óseo para implantes dentales.
"La medicina regenerativa puede mejorar la calidad de vida al ofrecer enfoques menos invasivos y más exitosos para promover el crecimiento óseo", dijo Samuel I. Stupp, quien desarrolló el nuevo nanomaterial. "Nuestro método es muy flexible y podría adaptarse para la regeneración deotros tejidos, incluidos músculos, tendones y cartílagos "
Stupp es director del Instituto Simpson Querrey de Biowanotecnología de Northwestern y profesor de la Junta de Fideicomisarios de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Química, Medicina e Ingeniería Biomédica.
Para el estudio interdisciplinario, Stupp colaboró con el Dr. Wellington K. Hsu, profesor asociado de cirugía ortopédica, y Erin LK Hsu, profesora asistente de investigación de cirugía ortopédica, ambos en la Facultad de Medicina Feinberg de la Universidad Northwestern. El esposo y la esposaEl equipo está trabajando para mejorar los métodos clínicamente empleados de regeneración ósea.
Las moléculas de azúcar en la superficie del nanomaterial proporcionan su poder regenerativo. Los investigadores estudiaron in vivo el efecto del nanomaterial "recubierto de azúcar" sobre la actividad de un factor de crecimiento utilizado clínicamente, llamado proteína morfogenética ósea 2 BMP-2Descubrieron que la cantidad de proteína necesaria para una fusión espinal exitosa se redujo a un nivel sin precedentes: se necesitaban 100 veces menos BMP-2. Esta es una muy buena noticia, porque se sabe que el factor de crecimiento causa efectos secundarios peligrosos cuando se usa enlas cantidades requeridas para regenerar hueso de alta calidad, y también es costoso.
Los hallazgos se publicaron hoy 19 de junio en la revista Nanotecnología de la naturaleza .
El nanomaterial biodegradable de Stupp funciona como una matriz extracelular artificial, que imita con qué células del cuerpo generalmente interactúan en su entorno. BMP-2 activa ciertos tipos de células madre y las señala para convertirse en células óseas. La matriz del Noroeste, que consiste enpequeños filamentos a nanoescala, se unen a la proteína por diseño molecular en la forma en que los azúcares naturales la unen a nuestros cuerpos y luego la liberan lentamente cuando es necesario, en lugar de una explosión temprana, lo que puede contribuir a los efectos secundarios.
Para crear las nanoestructuras, el equipo de investigación dirigido por Stupp sintetizó un tipo específico de azúcar que se parece mucho a los utilizados por la naturaleza para activar BMP-2 cuando la señalización celular es necesaria para el crecimiento óseo. Moléculas de azúcar flexibles que se mueven rápidamente en la superficie delas nanoestructuras "agarran" la proteína en un lugar específico que es exactamente el mismo que se usa en los sistemas biológicos cuando es hora de desplegar la señal. Esto potencia las señales de crecimiento óseo a un nivel sorprendente que supera incluso los polímeros de azúcar naturales.nuestros cuerpos.
En la naturaleza, los polímeros de azúcar se conocen como polisacáridos sulfatados, que tienen estructuras super complejas imposibles de sintetizar en la actualidad con técnicas químicas. Se sabe que cientos de proteínas en sistemas biológicos tienen dominios específicos para unir estos polímeros de azúcar en ordenpara activar las señales. Dichas proteínas incluyen aquellas involucradas en el crecimiento de los vasos sanguíneos, el reclutamiento celular y la proliferación celular, todas muy importantes biológicamente en la regeneración de tejidos. Por lo tanto, el enfoque del equipo Stupp podría extenderse a otros objetivos regenerativos.
La fusión espinal es un procedimiento quirúrgico común que une las vértebras adyacentes mediante un injerto óseo y factores de crecimiento para promover el crecimiento de hueso nuevo, lo que estabiliza la columna vertebral. El hueso utilizado en el injerto puede provenir de la pelvis del paciente, un procedimiento invasivo.- o de un banco de huesos.
"Existe una necesidad real de una forma clínicamente eficaz, segura y rentable de formar hueso", dijo Wellington Hsu, cirujano de columna vertebral. "El éxito de este nanomaterial me entusiasma de que cada cirujano de columna pueda suscribirse algún día aeste método para el injerto óseo. En este momento, si encuesta a una audiencia de cirujanos de columna, obtendrá de 15 a 20 respuestas diferentes sobre lo que usan para el injerto óseo. Necesitamos estandarizar la elección y mejorar los resultados de los pacientes ".
En la parte in vivo del estudio, el nanomaterial se entregó a la columna utilizando una esponja de colágeno. Esta es la forma en que los cirujanos actualmente administran BMP-2 clínicamente para promover el crecimiento óseo.
El equipo de investigación de Northwestern planea buscar la aprobación de la Administración de Alimentos y Medicamentos para lanzar un ensayo clínico que estudie el nanomaterial para la regeneración ósea en humanos.
"Los cirujanos estamos buscando portadores óptimos para los factores de crecimiento y las células", dijo Wellington Hsu. "Con sus numerosos sitios de unión, los filamentos largos de este nuevo nanomaterial tienen más éxito que los portadores existentes para liberar el factor de crecimiento cuando el cuerpo estálisto. El tiempo es crítico para el éxito en la regeneración ósea "
En el nuevo nanomaterial, los azúcares se muestran en un andamio construido a partir de moléculas autoensambladas conocidas como péptidos anfifílicos, desarrolladas por primera vez por Stupp hace 15 años. Estas moléculas sintéticas han sido esenciales en su trabajo en medicina regenerativa.
"Nos centramos en la regeneración ósea para demostrar el poder de la nanoestructura de azúcar para proporcionar un gran impulso de señalización", dijo Stupp. "Con pequeños cambios de diseño, el método podría usarse con otros factores de crecimiento para la regeneración de todo tipo de tejidos. Algún día podremos eliminar por completo el uso de factores de crecimiento producidos por la biotecnología recombinante y, en cambio, potenciar los naturales en nuestros cuerpos ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad del Noroeste . Original escrito por Megan Fellman. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :