Desarrollo de nanomateriales híbridos a base de hidroxiapatita y seda de origen natural con potencial uso en la reconstrucción de tejido óseo

Abstract

El daño generado en tejido óseo por diferentes tipos de fracturas, ya sea por impactos de alta energía o asociadas a patologías de base, representan una gran problemática para el sistema de salud debido a los altos costos que es éstos implican y a las falencias de las terapias existentes. En la búsqueda de nuevas alternativas para el tratamiento de fracturas que impliquen una disfunción y la necesidad de prótiesis o rellenos óseos, nuevas alternativas vienen siendo exploradas en este campo. Entre las nuevas estrategias destacan aquellas que buscan mimetizar las características del tejido óseo natural con materiales biocompatibles porosos y nanoestructurados, con adecuadas propiedades mecánicas, y que permitan restaurar la funcionalidad del hueso dañado a través de propiedades como la osteoinducción, osteoconducción y osteogenicidad. Para un mejor abordaje de esta problemática, hemos propuesto el desarrollo de nanocompositos híbridos basados en nanohidroxiapatitas y polímeros naturales para su aplicación en la medicina regenerativa de tejido óseo. De este modo, se buscará mimetizar la matriz generada por el colágeno en el tejido vivo a través de la fibroína de seda (SF) del gusano Bombix mori, en conjunto con hidroxiapatita (HA), el componente en mayor proporción dentro del hueso. El plan de este trabajo comprende una primera instancia de síntesis y caracterización de nanoHA derivatizadas con grupos funcionales que permitan el posterior anclaje de biomoléculas. Una segunda instancia de obtención de nanocompositos al acoplar la SF a las nanoHA. Y una tercera etapa de evaluación de la capacidad de soluciones de SF y nanocompositos de formar geles mediante reacciones de entrecruzamiento con mecanismos basados en la fotoquímica clic. Finalmente, se caracterizarán las capacidades de osteogenicidad, osteoconductividad y evolución de los procesos de mineralización de los biomateriales desarrollados en sistemas biológicos in vivo e in vitro. Al presente se ha logrado sintetizar y funcionalizar nanoHA. Para la caracterización de las partículas se emplearon las técnicas de FTIR-ATR, TEM, TGA. Las micrografías de TEM permitieron observar nanopartículas en forma de varilla de 90 -50 nm de largo, dependiendo de las modificaciones introducidas en la síntesis. Espectroscopía IR ha permitido evidenciar picos característicos para la apatita y picos asociados a sus grupos funcionales carboxilos corroborando así la funcionalización superficial de la hidroxiapatita. Por otra parte, los espectros de XPS permitieron confirmar el anclaje de grupos funcionales con aminos libres. A su vez, el análisis por TGA permitió calcular la relación entre la cobertura orgánica superficial y la masa de partícula. Por otra parte, luego de la síntesis y funcionalización de la nanoHA, se procedió a su acople a la SF tanto por adsorción física como química. Los espectros de FTIR mostraron picos característicos para apatita y SF en los sistemas híbridos. Las micrografías TEM permitireon observar la presencia de nanopartículas porosas, las que estarían aumentando la estabilidad térmica de la SF en los sistemas híbridos (resultados asociados a TGA) relacionada a una interacción entre SF y nanoHA.