El nanomaterial recubierto de azúcar sobresale en la promoción del crecimiento óseo

El método ofrece una vía para mejorar los resultados de los pacientes después de la cirugía de fusión espinal

Por Megan Fellman

EVANSTON – No ha habido un estándar de oro sobre cómo los cirujanos ortopédicos de columna promueven el crecimiento de hueso nuevo en los pacientes, pero ahora los científicos de la Universidad 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.

Si bien se estudió en un modelo animal de fusión espinal, el método para promover el crecimiento de hueso nuevo podría trasladarse fácilmente a los 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 de traumatismos óseos hasta el tratamiento del cáncer de huesos 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 de otros tejidos, incluidos músculos, tendones y cartílagos”.

Stupp es director del Instituto Simpson Querrey de BioNanotecnología de Northwestern y profesor de la Junta de Síndicos 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 equipo formado por marido y mujer está trabajando para mejorar los métodos de regeneración ósea empleados clínicamente.

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 de uso clínico, llamado proteína morfogenética ósea 2 (BMP-2). Encontraron que la cantidad de proteína necesaria para una fusión espinal exitosa se redujo a un nivel sin precedentes: se necesitaba 100 veces menos de BMP-2. Esta es una muy buena noticia, porque se sabe que el factor de crecimiento causa efectos secundarios peligrosos cuando se usa en las cantidades necesarias para regenerar hueso de alta calidad, y además es costoso.

Lee mas  Un estudio encuentra que los pacientes con prediabetes tienen un mayor riesgo de enfermedades cardiovasculares y renales crónicas

Los hallazgos se publicaron hoy (19 de junio) en la revista Nature Nanotechnology.

El nanomaterial biodegradable de Stupp funciona como una matriz extracelular artificial, que imita aquello con lo que las células del cuerpo suelen interactuar en su entorno. BMP-2 activa ciertos tipos de células madre y les indica que se conviertan en células óseas. La matriz de Northwestern, que consta de diminutos filamentos a nanoescala, une la proteína por diseño molecular de la misma manera que los azúcares naturales la unen en nuestros cuerpos y luego la libera 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 que usa la naturaleza para activar BMP-2 cuando la señalización celular es necesaria para el crecimiento óseo. Las moléculas de azúcar flexibles que se mueven rápidamente y que se muestran en la superficie de las nanoestructuras “agarran” la proteína en un lugar específico que es precisamente el mismo que se usa en los sistemas biológicos cuando llega el momento de desplegar la señal. Esto potencia las señales de crecimiento óseo a un nivel sorprendente que supera incluso los polímeros de azúcar que se producen naturalmente en nuestro cuerpo.

En la naturaleza, los polímeros de azúcar se conocen como polisacáridos sulfatados, los cuales tienen estructuras supercomplejas imposibles de sintetizar en la actualidad con técnicas químicas. Se sabe que cientos de proteínas en sistemas biológicos tienen dominios específicos para unirse a estos polímeros de azúcar para activar 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 tanto, el enfoque del equipo de Stupp podría extenderse a otros objetivos regenerativos.

Lee mas  La vitamina D puede ayudar a desarrollar resistencia a las infecciones respiratorias, incluida la COVID-19

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. “El éxito de este nanomaterial me emociona de que todos los cirujanos de columna algún día suscriban este 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 administró 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 Drogas y Alimentos para lanzar un ensayo clínico que estudie el nanomaterial para la regeneración ósea en humanos.

“Nosotros, 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 en la liberación del factor de crecimiento cuando el cuerpo está listo. El tiempo es crítico para el éxito en la regeneración ósea”.

Lee mas  El tratamiento de terapia celular para pacientes cardíacos con disfunción microvascular proporciona una mejor calidad de vida

En el nuevo nanomaterial, los azúcares se muestran en un andamio construido a partir de moléculas de autoensamblaje conocidas como péptidos anfífilos, desarrollados por primera vez por Stupp hace 15 años. Estas moléculas sintéticas han sido fundamentales en su trabajo sobre medicina regenerativa.

“Nos enfocamos 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. Es posible que algún día podamos eliminar por completo el uso de factores de crecimiento producidos por biotecnología recombinante y, en su lugar, potenciar los factores naturales en nuestros cuerpos”.

El Instituto Nacional de Investigación Dental y Craneofacial de los Institutos Nacionales de Salud (subvención 5R01DE015920-10) y el Centro Louis A. Simpson y Kimberly K. Querrey de Nanomedicina Regenerativa de la Universidad Northwestern proporcionaron fondos para esta investigación.

El artículo se titula “Nanoestructuras de glicopéptidos sulfatados para la activación de proteínas multipotentes “. Stupp y Wellington y Erin Hsu son los autores principales del artículo, y los becarios postdoctorales Sungsoo Lee y Timmy Fyrner son los primeros autores.

Artículos Relacionados:

  • Gundry MD 24 Strain Probiotic Review 2022 – Probiótico para apoyo digestivo
  • Reseñas de Kiierr – Gorro láser 2022 para el crecimiento del cabello
  • Gundry MD Power Blues – Reseñas de suplementos de 2022 y guía de compra
  • Reseñas de Noxitril 2022: ¿funciona para el realce masculino o es una estafa?
  • Los mejores terapeutas holísticos cerca de mí 2022: 5 asesoramiento espiritual
  • Los mejores estetoscopios de 2022: reseñas de las 10 mejores marcas

Related Posts

Leave a Reply

Your email address will not be published.