Las fracturas son un problema de salud pública en México, principalmente en adultos mayores. En 2022, el Instituto Mexicano del Seguro Social realizó más de 10 mil cirugías por fractura de cadera en personas mayores de 65 años que sufren de osteoporosis. Por ello, en los últimos años existe un creciente desarrollo de materiales para la regeneración de tejido óseo.
En esta línea de trabajo, la doctora María Josefina Robles Águila, investigadora del Instituto de Ciencias de la BUAP (ICUAP), diseñó un biomaterial para tratar este tipo de lesiones, capaz de estimular la regeneración celular de estos tejidos y sin ser tóxico para el organismo. Se trata de un composito, denominado así por integrar más de dos componentes: en este caso hidroxiapatita con óxido de titanio inmerso en quitosano.
Con este composito se elaboraron películas que fueron inmersas a un sistema biológico simulado, comprobando que dicho biomaterial induce el crecimiento celular a las primeras 24 horas de incubación y se obtiene un aumento del 60 por ciento de las células del tejido óseo después de 72 horas, destacó la académica nivel I del Sistema Nacional de Investigadores.
A nivel nanoestructural el hueso está conformado por fibras de colágeno en las que están inmersos nanocristales de hidroxiapatita, por lo que este mineral de fosfato de calcio representa entre el 60 y 70 por ciento del peso del esqueleto humano calcificado (huesos y dientes). Considerando la composición de los huesos, la hidroxiapatita en combinación con otros componentes poliméricos naturales -colágeno o quitosano- sería un biomaterial óptimo para ser utilizado en la regeneración ósea. Sin embargo, presenta poca resistencia mecánica, limitando su uso en la preparación de biomateriales.
Para conferirle propiedades mecánicas idóneas se incorporó óxido de titanio. Una vez obtenido el composito (hidroxiapatita/óxido de titanio), se realizaron varias pruebas y se evidenció la obtención de una de las fases cristalográficas más importantes de la hidroxiapatita: la monoclínica en la que se encuentra la propiedad piezoeléctrica, capacidad de algunos materiales para generar dipolos eléctricos cuando se les aplica cierta presión, promoviendo la diferenciación y crecimiento celular, explicó la experta adscrita al Centro de Investigación en Dispositivos Semiconductores del ICUAP.
Josefina Robles, doctora en Ciencias por el Instituto de Física de la BUAP, con especialidad en Ciencia de Materiales, indicó que con el biomaterial nanocomposito se elaboraron películas, las cuales se sumergieron en quitosano para generar un sistema híbrido. Asimismo, a las películas se aplicó corriente eléctrica para promover la regeneración del tejido óseo; este proceso es llamado polarización.
Posteriormente, la investigadora del ICUAP expuso que dichas películas se incorporaron a un sistema biológico, en este caso a una línea celular WS1(ATCC CRL-1502) con una carga inicial de 5 mil células. Allí se estudió la biocompatibilidad, adhesión, proliferación y crecimiento celular a las 24, 48 y 72 horas, con los biomateriales polarizados y sin polarizar.
“La incorporación de óxido de titanio en la hidroxiapatita ha mostrado un aumento significativo en sus propiedades mecánicas y mejoras en la adhesión celular, lo que favorece el crecimiento celular a las primeras 24 horas de incubación y obteniendo valores por arriba del 60 por ciento a las 72 horas”, destacó la doctora Robles Águila.
En el desarrollo de esta investigación se utilizaron procesos amigables con el medio ambiente, mediante el uso de química verde, como la sonoquímica.
La también integrante del Cuerpo Académico 365 “Investigaciones Interdisciplinarias en Ciencia de Materiales” señaló que la siguiente etapa de la investigación será realizar pruebas de citotoxicidad, probar otro polímero (queratina o colágeno), hacer impresión 3D del sistema composito y verificar su comportamiento en otro tipo células como osteoblastos.
En esta investigación participó la doctora Ana Karen Sánchez Hernández, egresada del Doctorado en Dispositivos Semiconductores y quien realizó esta investigación como parte de su tesis. También colaboraron las doctoras Eva Águila Almanza, de la Facultad de Ingeniería Química de la BUAP, y Teresita Spezzia Mazzocco, del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE).