Tejidos magnéticos inteligentes en terapias regenerativas

  INVESTIGACION  

En la actualidad, los biomateriales odontológicos nos ofrecen distintas soluciones clínicas. Sin embargo, somos consientes de que existen limitaciones y por eso la investigación odontológica busca estar a la vanguardia con la finalidad de conseguir soluciones más biomiméticas. Como comentamos en un artículo previo (1), la investigación odontológica está transitando hacia un cambio de paradigma con la incursión de la ingeniería tisular.

La ingeniería tisular es una ciencia que, asentada en la histología, busca formar tejidos artificiales que sean funcionalmente activos para reemplazar aquellos tejidos u órganos que se han visto dañados por distintas circunstancias (2). En este contexto, una de las tendencias que ha avanzado con mucha fuerza es la utilización de nanopartículas magnéticas (NPM) en la construcción de tejidos artificiales. Por tanto, una pregunta oportuna es, ¿cómo están constituidas las NPM?

Las NPM son partículas metálicas de tamaños nanométricos que están compuestas por óxido de hierro, principalmente Fe₃O₄ (magnetita) y γ-Fe₂O₃ (maghemita) (3), los cuales conforman el grupo más representativo para aplicaciones biomédicas. La magnetita y maghemita forman el núcleo de estas nanopartículas, lo que le otorga a estos materiales la propiedad física del magnetismo. Estas NPM, a su vez, están recubiertas (4) por materiales que pueden ser de naturaleza polimérica, no polimérica o inorgánica, permitiendo su funcionalización, esto es, la posibilidad de por ejemplo transportar distintos tipos de fármacos (Figura 1).

"Ya se ha desarrollado un tejido artificial magnético “inteligente” conformado por una matriz de fibrina y agarosa".

La otra pregunta a realizar es, ¿en qué podrían ser utilizadas las NPM en el ámbito biomédico? Existen estudios que involucran el uso de las NPM en el diagnóstico, mejorando el contraste de imágenes de resonancia magnética (5,6). Otros trabajos vinculan las NPM con un uso terapéutico, participando en terapias como la hipertermia (7) y en la liberación controlada de fármacos (8). En relación al uso terapéutico de estas NPM, la capacidad de funcionalización y la propiedad del magnetismo que poseen, permite que sean susceptibles de ser manejadas a distancia por campos magnéticos externos guiando su posición en un organismo vivo, lo que nos facilitaría tener tratamientos farmacológicos més focalizados al liberar medicamentos exclusivamente en sectores afectados, logrando tratamientos más efectivos y con menores efectos adversos.

En vista de todas estas propiedades, el uso de las NPM se está implementando en la ingeniería tisular, especialmente orientado a nuevos protocolos de elaboración de andamios o “scaffolds” utilizados para regenerar tejidos (9,10). En este sentido, se ha desarrollado un tejido artificial magnético “inteligente” que está conformado por una matriz de fibrina y agarosa a la que se ha incorporado NPM (11). Este novedoso tejido magnético es considerado “inteligente” porque su ordenamiento estructural interno puede ser guiado o moldeado por campos magnéticos externos y, en consecuencia, las propiedades físicas de elasticidad y/o viscosidad del mismo son modificadas a distancia (Figuras 1 y 2) (11).

Figura 2. Estructura histológica de un tejido artificial magnético donde se observa un ordenamiento regular de las NPM como consecuencia de la aplicación de campo magnético.

Además, es importante destacar que se han conseguido importantes avances en el conocimiento de la biocompatibilidad (local/sistémica) y biodistribución de las nanopartículas de este tejido magnético “inteligente” (3), observando que el mismo permite concentrar nanopartículas en la zona implantada, lo cual permitiría su utilización en tratamientos focalizados.

En relación a los tratamientos focalizados de tejidos artificiales con NPM generados por ingeniería tisular, un campo donde se está trabajando es la regeneración ósea. En este sentido, se ha estudiado los efectos de campos magnéticos externos estáticos sobre un andamiaje de polycaprolactona y NPM, y se ha observado que las NPM y los campos magnéticos permiten un sinergismo que estimula la función de osteoblastos y en consecuencia mejora la cantidad en la formación de un tejido mineralizado como el tejido óseo (12). Estos resultados comienzan a abrir un nuevo horizonte en la regeneración ósea, campo de gran interés en la odontología, ya que estos novedosos tejidos artificiales magnéticos nos permitiríangenerar un efecto osteoinductor sostenido en el tiempo, en las zonas con defectos óseos que pretendemos tratar.

En conclusión, la utilización de NPM y la construcción de tejidos artificiales magnéticos mediante técnicas de ingeniería tisular, se perfilarían en las terapias regenerativas del ámbito odontológico como una alternativa para comenzar a superar limitaciones y estar a la vanguardia en la búsqueda de soluciones más biomiméticas.

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1. Profesor Titular de Histología, Facultad de Odontología, Universidad Nacional de Córdoba, República Argentina. Profesor Visitante del Departamento de Histología de la Facultad de Medicina y Odontología, Universidad de Granada, España.
2. Profesor Emérito de Operatoria Dental de la Universidad Nacional de Córdoba, República Argentina.

 

Referencias

1. Rodríguez IA, Uribe Echevarría J. El camino hacia la ingeniería tisular. Dental Tribune 2019; Mayo. https://la.dental-tribune.com/news/el-camino-hacia-la-ingenieria-tisular/
2. Campos Muñoz Antonio. Objetivos conceptuales y metodológicos de la investigación histológica. Educ. Med. 2004; 7(1): 36-40.
3. Rodriguez-Arco L, Rodriguez IA, Carriel V, Bonhome-Espinosa AB, Campos F, Kuzhir P, Duran JD, Lopez-Lopez MT. Biocompatible magnetic core-shell nanocomposites for engineered magnetic tissues. Nanoscale. 2016;8:8138-50.

4. Gupta AK, Gupta M. Synthesis and surface engineering of iron oxide nanoparticles for biomedical applications. Biomaterials. 2005;26:3995-4021.

5. Qin J, Li K, Peng C, Li X, Lin J, Ye K, Yang X, Xie Q, Shen Z, Jin Y, Jiang M, Zhang G, Lu X. MRI of iron oxide nanoparticle-labeled ADSCs in a model of hindlimb ischemia. Biomaterials. 2013;34:4914-25.

6. Rosen JE, Chan L, Shieh DB, Gu FX. Iron oxide nanoparticles for targeted cancer imaging and diagnostics. Nanomedicine. 2012;8:275-90.

7. Cervadoro A, Giverso C, Pande R, Sarangi S, Preziosi L, Wosik J, Brazdeikis A, Decuzzi P. Design maps for the hyperthermic treatment of tumors with superparamagnetic nanoparticles. PLoS One. 2013;8:e57332.

8. Lee GY, Qian WP, Wang L, Wang YA, Staley CA, Satpathy M, Nie S, Mao H, Yang L. Theranostic nanoparticles with controlled release of gemcitabine for targeted therapy and MRI of pancreatic cancer. ACS Nano. 2013;7:2078-89.

9. Zeng XB, Hu H, Xie LQ, Lan F, Jiang W, Wu Y, Gu WZ. Magnetic responsive hydroxyapatite composite scaffolds construction for bone defect reparation. Int J Nanomedicine. 2012;7:3365-78.

10. Bonhome-Espinosa AB, Campos F, Rodriguez IA, Carriel V, Marins JA, Zubarev A, Duran JDG, Lopez-Lopez MT. Effect of particle concentration on the microstructural and macromechanical properties of biocompatible magnetic hydrogels.Soft Matter. 2017;13(16):2928-2941

11. Lopez-Lopez MT, Scionti G, Oliveira AC, Duran JD, Campos A, Alaminos M, Rodriguez IA. Generation and Characterization of Novel Magnetic Field-Responsive Biomaterials. PLoS One. 2015;10:e0133878.

12. Yun HM, Ahn SJ, Park KR, Kim MJ, Kim JJ, Jin GZ, Kim HW, Kim EC. Magnetic nanocomposite scaffolds combined with static magnetic field in the stimulation of osteoblastic differentiation and bone formation. Biomaterials. 2016;85:88-98.