Biomateriales basados en policaprolactona pegilada/ fosfatos de calcio como transportadores de antibiótico

Protocolo de Investigación

Biomateriales basados en policaprolactona pegilada/ fosfatos de calcio como transportadores de antibiótico

Autora:

Miriela Tomás Oviedo

Tutores:

MSc. María Isabel Reyes Tur

Dr. Gastón Fuentes Estévez

Laboratorios farmacéuticos Aica +/Centro de Biomateriales

Febrero 2016

Introducción

En la actualidad, las patologías óseas constituyen uno de los problemas fundamentales que enfrenta la medicina regenerativa, debido al incremento de la longevidad de la población y al número de traumas producidos por accidentes de diversa índole a nivel mundial[1]. La reparación o regeneración del hueso es un problema común y complicado en la cirugía ortopédica actual, ya que son múltiples los pacientes que presentan cuadro de dolor crónico o impedimento físico severo por ausencia del sustituto óseo ideal [2], a lo que se asocian comúnmente infecciones óseas y de otros tejidos [3]. Por ello, las investigaciones se orientan cada vez más hacia el desarrollo y diseño de nuevos biomateriales capaces de estimular la regeneración exitosa del tejido óseo dañado[4-6] y simultáneamente permitir la liberación local del antibiótico[3, 7].

El material ideal para sustituir el hueso tiene que imitar al tejido que reemplaza en forma, tamaño, consistencia y funcionamiento, promoviendo a la vez una respuesta adecuada del sistema biológico. A medida que es reabsorbido debe adquirir las cualidades del tejido que reemplaza y ser tolerado adecuadamente por el organismo, con una aceptable adaptación biomédica [8]. Mientras que el sistema ideal de liberación local de antibiótico permitirá de forma eficiente la liberación de altos niveles de antibiótico en el sitio de infección, minimizando el riesgo de toxicidad sistémica asociada con los métodos tradicionales[9].

La ingeniería de tejido óseo se enfoca en el desarrollo de biomateriales
sintéticos que estimulen y mejoren el crecimiento y la formación de hueso en los sitios
que tienen defectos óseos. La síntesis de estos biomateriales fue la solución que se
encontró a las limitaciones que imponían los trasplantes alogénicos o autólogos, que a
pesar de ser soluciones ideales para la regeneración ósea, presentan limitaciones como
la escasa disponibilidad de órganos y tejidos de donantes, el posible rechazo, y el riesgo
a que se somete el donante [1].Por estas razones la necesidad de diseñar biomateriales capaces de restaurar el tejido óseo con una mayor similitud al mismo y a su vez permitir trasportar antibióticos de forma eficiente constituye el problema científico de nuestra investigación.

Los fosfatos de calcio son biocompatibles, bioactivos y osteoconductivos, propiedades éstas que los convierten en el biomaterial por excelencia para implantología ósea. El estudio de las cerámicas fosfato-cálcicas se ha centrado en los compuestos del sistema terciario CaO-P2O5-H2O, fundamentalmente la HAp (Ca10(PO4)6(OH)2) debido a su composición similar a la parte mineral del tejido óseo [10] y a su elevado potencial bioactivo, el cual ha sido demostrado en muchas investigaciones [11-13].

Las biocerámicas sólo están disponibles en forma de gránulos o bloques, lo que origina algunas limitaciones en la práctica clínica. Los primeros son utilizados en implantes pequeños, en áreas que no tengan que soportar cargas, como es el caso del oído medio, o en implantes dentales como recubrimientos sobre metales que sirven de refuerzo, ya que son rígidas y quebradizas. Se ha comprobado que tienden a migrar a sitios aledaños, aumentando la posibilidad de complicaciones e incluso fracaso del acto quirúrgico.

Por otra parte, las biocerámicas obtenidas en forma de bloques no siempre se adaptan adecuadamente al defecto a tratar [14, 15]. En aquellos pocos casos en que se consiga una conveniente adaptación del implante cerámico, su extremadamente lenta velocidad de reabsorción y su fragilidad mecánica pueden atentar contra el buen desempeño del material, deviniendo en su posible fractura a corto o largo plazo.

Debido a las limitaciones de los sistemas anteriores se ha trabajado en la búsqueda de materiales compuestos de fosfatos de calcio basados en polímeros, los cuales presentan interesantes propiedades que pueden ser incorporadas al material resultante [16].

Los materiales poliméricos tienen una amplia variedad de aplicaciones en el campo de la implantología médica, ya que presentan propiedades físicas, químicas y mecánicas más cercanas a las de los tejidos vivos que en su mayor parte están formadas por polímeros naturales.

La policaprolactona (PCL) es uno de los polímeros sintéticos que han sido propuestos para imitar la estructura y la textura fibrosa del colágeno en el tejido óseo natural. Se prepara mediante la polimerización por apertura de anillo de la ε-caprolactona (Figura 1). La PCL es un polímero lineal, semicristalino,biocompatible, biodegradable, con bajo punto de fusión (≈ 60ºC) y ha sido aprobado por el “U.S Food and Drug Administration” para usos médicos y liberación de medicamentos[17, 18].

[pic 1]

Figura 1. Obtención de la policaprolactona.

La PCL se ha combinado con varios fosfatos de calcio con el propósito de obtener biomateriales para regeneración ósea, que han presentado mejores propiedades mecánicas [19, 20] y una mejora de la bioactibidad [21] tanto in vitro[22, 23] como in vivo [21, 23]. Lei et al. investigaron la degradación de estos materiales compuestos y reportaron que aunque la degradación es lenta, fue adecuada con el proceso de la formación del tejido óseo. Además la lenta degradación de la PCL resulta beneficiosa cuando lo que busca es liberar medicamentos o proteinas a muy largo plazo [22].

Otros factores que estimulan el uso de PCL son su bajo costo de aquisición y su disponibilidad comercial con varios pesos moleculares, lo que facilita su uso en matrices para regeneración ósea basadas en fosfatos de calcio.

En los últimos años se ha propuesto la modificación de la PCL con polietilenglicol (PEG) resultando el copolímero PLC-PEG que es más hidrofílico y biodegradable, lo que aumenta sus aplicaciones en el campo de la biomedicina [17, 24].

Dada la potencial aplicación de estos biomateriales para fines biomédicos, resulta de gran interés el estudio de la interacción de los mismos con los fluidos biológicos. La unión interfacial de los materiales con el tejido óseo, que garantiza un enlace directo con el hueso sin interposición de una cápsula fibrosa (bioactividad), la estabilidad en el organismo transcurrido el tiempo (estabilidad fisiológica), así como la alteración que sufre el dispositivo implantado al ser expuesto al medio biológico natural o simulado (biodegradabilidad), son propiedades determinantes para este fin [25].

...