Resum

MEMORIAS
DE LA
REAL ACADEMIA DE CIENCIAS Y ARTES
DE BARCELONA
TERCERA ÉPOCA NÚM. 1029
VOL. LXV NÚM. 2
UNA ESTRATÈGIA EN MEDICINA REGENERATIVA DE L’OS:
EL DESENVOLUPAMENT DE BASTIDES BIODEGRADABLES
PER A LA REGENERACIÓ ÒSSIA
MEMÒRIA LLEGIDA PER L'ACADÈMIC ELECTE
Dr. JOSEP ANTON PLANELL I ESTANY
A l’acte de la seva recepció el dia 16 de desembre de 2010
DISCURS DE RESPOSTA PER L´ACADÈMIC NUMERARI
Excm. Sr. Dr. XAVIER OBRADORS I BERENGUER
Publicada el mes de desembre de 2010
BARCELONA
2 0 10
RESUM
Dintre del que s'entén com a medicina regenerativa, l'enginyeria de teixits
busca la reparació i regeneració de teixits i òrgans malalts o malmesos, mitjançant
la combinació de cèl·lules mare, bastides poroses on es puguin sembrar aquestes
cèl·lules i s'hi puguin ancorar i agents bioquímics, com ara factors de creixement.
Per tal que les cèl·lules puguin fixar-se, proliferar i diferenciar-se sobre la
superfície porosa de la bastida, cal que aquesta tingui unes propietats químiques i
físiques específiques, alhora que la mateixa bastida tingui unes propietats
mecàniques adequades segons el tipus de teixit o òrgan que s'ha de regenerar. Per
això, el desenvolupament de biomaterials funcionals compòsits com els proposats
en el present treball poden tenir un gran interès per a la regeneració òssia quan
s'elaboren en forma de bastides poroses tridimensionals, atès que combinen la
capacitat de biodegradació de l'àcid polilàctic, la capacitat del vidre de fosfat de
calci de dissoldre's i alliberar ions a l'entorn i la porositat interconnectada de la
bastida que controla les propietats mecàniques, alhora que hi permet el
creixement cel·lular i la circulació d'oxigen i nutrients. És especialment rellevant
el fet que el biomaterial allibera ions que, com s'ha demostrat en el cas del calci,
tenen un paper clau en les propietats angiogèniques del material. En el present
treball s'ha desenvolupat el material compòsit totalment biodegradable, que s'ha
caracteritzat en termes de propietats mecàniques, superficials i biològiques, i del
qual s'ha avaluat també la degradació química. Les bastides poroses s'han fabricat
mitjançant diferents tècniques com ara la dissolució i colada, la separació de
fases, el prototipatge ràpid o l'electrofilat. Aquestes bastides tridimensionals s'han
avaluat també biològicament in vitro, i se n'han determinat les propietats angiogèniques. S'han fet també uns quants assaigs in vivo.
La combinació de tècniques de fabricació tant del vidre, com de les pròpies
bastides seran clau per a acabar desenvolupant productes que siguin d'utilitat
clínica en la regeneració òssia.
RESUMEN
Dentro de lo que se entiende como medicina regenerativa, la ingeniería de
tejidos busca la reparación y regeneración de tejidos y órganos enfermos o
dañados, mediante la combinación de células madre, andamiajes porosos sobre
los que éstas pueden sembrarse y anclarse, y agentes bioquímicos como son los
factores de crecimiento. Para que las células se puedan fijar, proliferar y
diferenciarse sobre la superficie porosa del andamiaje, es necesario que éste tenga
propiedades químicas y físicas específicas, a la vez que el propio andamiaje tenga
propiedades mecánicas apropiadas según el tipo de tejido u órgano a regenerar. Es
por ello que el desarrollo de biomateriales funcionales compuestos como los que
se proponen en el presente trabajo, pueden tener un gran interés para la
regeneración ósea cuando se fabrican en forma de andamiajes porosos
tridimensionales, puesto que combinan la capacidad de biodegradación del ácido
poli-láctico, la capacidad del vidrio de fosfato de calcio de disolverse y liberar
iones al entorno, y la porosidad interconectada del andamiaje que controla las
propiedades mecánicas, a la vez que permite el crecimiento celular y la
circulación de oxígeno y nutrientes. Es especialmente relevante que el biomaterial
libera iones que, como se ha demostrado en el caso del calcio, tienen un papel
clave en las propiedades angiogénicas del material. En el presente trabajo se ha
desarrollado el material compuesto totalmente biodegrada-ble del que se han
caracterizado sus propiedades mecánicas, superficiales y biológicas, y del cual se
ha evaluado también su degradación química. Los andamiajes porosos se han
fabricado mediante diferentes técnicas tales como disolución y colada, separación
de fases, prototipado rápido y electro-hilado. Estos andamiajes tridimensionales
se han evaluado también biológicamente in vitro, y se han determinado sus
propiedades angiogénicas. Se han hecho también algunos ensayos in vivo.
La combinación de técnicas de fabricación tanto del vidrio, como de los
propios andamiajes, serán claves para acabar desarrollando productos que sean de
utilidad clínica en la regeneración ósea.
SUMMARY
Within regenerative medicine, the aim of tissue engineering is repairing or
regenerating pathological or damaged tissue or organs by combining the use of
stem cells, porous scaffolds where they can be seeded and anchored, and
biochemical agents such as growth factors. In order that cells may adhere,
proliferate and differentiate on the porous surface of the scaffold, specific
chemical and physical properties of the surface should combine with appropriate
mechanical properties of the overall scaffold to the tissue or organ to be
regenerated. Consequently, the development of composite biodegradable
materials as those proposed in the present work may bear great interest for bone
regeneration when manufactured as three dimensional porous scaffolds, since
they combine the biodegra-dation ability of polylactic acid, the ability of calcium
phosphate glasses to dissolve and to release ions to the environment, and the
interconnected porosity of the scaffold that controls mechanical properties and
allows cells growth and circulation of oxygen and nutrients. The fact that the
biomaterial releases ions is especially relevant, since as it has been shown in the
case of calcium, they play a key role in the angiogenic properties of the material.
In the present work the totally biodegradable composite material has been
developed that has been characterized in terms of mechanical, surface and
biological properties. The chemical degradation has been also evaluated. Different
techniques have been used to fabricate the porous scaffolds such as solvent
casting, phase separation, rapid prototyping and electrospinning. These three
dimensional scaffolds have been also evaluated in vitro, and their angiogenic
properties have been determined. Some in vivo tests have been also carried out.
The combination of different fabrication techniques for glass, as well as for
the scaffolds, will be decisive in order to develop clinically useful bone
regeneration devices.