Biopolímeros: Aplicaci=
ones de andamios en medicina regenerativa
Biopolymers: Scaffold
Applications in Regenerative Medicine
Juan Sebastián Guerra Villacis.[1], =
Seqqat Rachid.
[2], =
Christian
Patricio Narvá=
ez
Muño. [3] & Marbel Torres A=
rias.[4]
Recibido:
04-05-2021 / Revisado: 15-05-2021 /Aceptado: 01-06-2021/ Publicado: 05-07-2=
021
DOI: https://doi.org=
/10.33262/anatomiadigital.v4i3.1754
|
Abstract Biopolymers have become an
indispensable tool for the development of regenerative medicine, their br=
oad
spectrum has allowed the emergence of new techniques for the generation of
scaffolds of various sizes, shapes, with unique structural characteristic=
s capable
of generating and innovating new treatments before catastrophic diseases,=
its
application by all branches of research such as neurology, endocrinology,=
in
the cardiovascular area, for tissue repair or organ donation has produced=
its
application as drug conductors or transporters to achieve a guided release
increasing the effectiveness and reducing adverse effects in the case of
cancer treatments. The objective of this review is to know the fundamenta=
ls
of regenerative medicine, the advances produced from the use of biopolyme=
rs
as a tool capable of developing functional biomaterials, types, synthesis
mode and applicability in treatments. This research was carried out from =
the
compilation of scientific articles related to the area of p=
ublic
health and the application of functional scaffolds as therapy. The
functionalization of scaffolds lies in the use of biocompatible polymers
capable of binding to a substrate in a controlled environment for the
development of a cellular matrix, generating the production of a specific
tissue according to the target cells that have been investigated, thanks =
to
this the possible rejection of a graft produced with the same cells of the
patient allows the appearance of structures such as blood vessels or
biocompatible organs. This work recapitulates the importance of the use of
biopolymers in medicine, production techniques, their structure, form and
most important applications for the treatment against diseases. Keywords: Scaffolds, regenerative medicine, biomaterials,
tissue engineering |
|
Resumen Los biopolímeros se han
convertido en un herramienta indispensable para el desarrollo de la medic=
ina
regenerativa, su amplio espectro ha permitido la aparición de nuevas técn=
icas
para la generación de andamios de diversos tamaños, formas, con caracterí=
sticas
estructurales únicas capaces de generar e innovar tratamientos nuevos ante
enfermedades catastróficas, su aplicación por todas las ramas de
investigación como la neurología, endocrinología, en el área cardiovascul=
ar,
para la reparación de tejidos o donación de órganos ha producido su
aplicación como conductores o transportadores de fármacos para lograr una
liberación guiada aumentando la efectividad y disminuyendo efectos advers=
os
en el caso de tratamientos contra el cáncer. El objetivo de esta revisión=
es
conocer los fundamentos de la medicina regenerativa, los avances producid=
os a
partir del uso de biopolímeros como una herramienta capaz de desarrollar
biomateriales funcionales, tipos, modo de síntesis y aplicabilidad en
tratamientos. Esta investigación se realizó a partir de la recopilación de
artículos científicos relacionados al área de la salud pública y la
aplicación de andamios funcionales como terapia. La funcionalización de
andamios radica en la utilización de polímeros biocompatibles capaces de =
unirse
a un sustrato en un ambiente controlado para el desarrollo de una matriz
celular, generando la producción de un tejido en específico acorde a las
células diana que se han investigado, gracias a esto el posible rechazo a=
nte
un injerto producido con las mismas células del paciente permite la apari=
ción
de estructuras como vasos sanguíneos u órganos biocompatibles. Este traba=
jo
recapitula la importancia del uso de biopolímeros en la medicina, las
técnicas de producción, su estructura, forma y aplicaciones más importantes p=
ara el
tratamiento contra enfermedades. Palabras
claves: Andamios, medicina regenerativa, biomateriales, ingeniería de tejid=
os |
Intro=
ducción
Con el pasar de los años la medicina clínica ava=
nza
muy rápidamente con logros sustanciales, la esperanza=
de
vida estimada de los seres humanos ha aumentado considerablemente. Aunque e=
stos
avances de la tecnología son dignos de mención, traen consigo obstáculos
asociados, a los que hay que hacer frente a medida que los cuerpos envejece=
n,
lo que plantea nuevos retos como el envejecimiento, disfunción de tejidos y
órganos; en la actualidad la mayor cantidad de tratamientos consiste en la
implementación de un trasplante de órgano, el cuál no
siempre se encuentra disponible. La escasez de tejidos y órganos podría
solucionarse mediante la reconstrucción y el desarrollo de tejidos sintétic=
os
en los que un andamio natural o desarrollado sintéticamente está totalmente=
celularizado con las propias células del paciente,
eliminando así la necesidad de tejidos/órganos de donantes
Existe ahora un reto de buscar nuevos métodos,
herramientas y materiales para generar tejidos sintéticos que permitan mejo=
rar
nuestro bienestar. Muchos autores señalan que reconstruir un órgano complet=
o,
denso (corazón, riñón, etc.) o hueco (tráquea), es un reto de una complejid=
ad
inimaginable
El desarrollo de la medicina moderna busca cumpl=
ir
dicho reto mediante la irrupción en una nueva área que relaciona una ciencia
innovadora como la nanotecnología para la producción de técnicas, productos=
y
tratamientos capaces de ayudar a la humanidad contra enfermedades o problem=
as
relacionados al área de la salud degenerativa
Los nanomateriales pueden incluirse en la formac=
ión
de cualquier tipo de tejido, puede ir desde reconstrucciones de piel,
cartílagos, huesos y órganos creados a partir de andamios y células los cua=
les
han permitido un paso importante en la ingeniería de tejidos
El objetivo de esta revisión es conocer los
fundamentos de la medicina regenerativa, los avances producidos a partir del
uso de biopolímeros como una herramienta capaz de desarrollar biomateriales
funcionales, tipos, el modo de síntesis y aplicabilidad en tratamientos para
brindar una visión de su funcionalidad.
Medic=
ina
regenerativa
La aparición de enfermedades catastróficas de or=
igen
genético, infeccioso, lesiones o daños permanentes en órganos y tejidos por
accidentes de gran magnitud, fallas a nivel cardiovascular o problemas de
conexión neuronal pueden producir la alteración de las células de un tejido
generando una posible destrucción o disminución del rendimiento de un órgan=
o,
mermando la calidad de vida de una persona lo que ha dado paso al desarroll=
o de
la medicina regenerativa
Terapia celular:
consiste en la utilización de células nuevas que ingresan al cuerpo como
agente terapéutico, involucra gran cantidad de células que pueden ser de
carácter regenerativo, reparativo, protectora o inmuno=
reguladora
dentro de las cuales están las células madre, estas se pueden obtener de
tejidos como la médula ósea, el cordón umbilical y la pulpa dental. Mediant=
e la
implantación de este nuevo material celular sobre un tejido dañado pueden l=
ograr
su recuperación
Ingeniería tisular: tiene como objetivo principal la
construcción de tejidos in-vitro a parti=
r de
células de la misma persona para sustituir, reparar o incrementar las
actividades funcionales de los propios tejidos orgánicos (Tortorella
et,al., 2020). Según=
indica
Morales (2014) su fundamento consiste en cultivar células en una matriz
tridimensional conocida como andamio enriquecidos con
factores de crecimiento que faciliten su desarrollo hacia un tejido funcion=
al
para trasplantarlo hacia un órgano receptor
Regeneración Tisular: consiste en el desarrollo del tej=
ido in
situ, se promueve el crecimiento celular sobre el propio tejido dañado medi=
ante
el uso de biomateriales, factores de crecimiento y control específico en la
liberación de fármacos para que exista un desarrollo adecuado del tejido (L=
iu
et al.,2020). La mayor cantidad de avances producidos mediante esta técnica=
se
da en la salud oral que busca eliminar enfermedades periodontales mediante =
la
restauración de hueso y ligamento dental con la ayuda de un injerto óseo
Nanomateriales en Medicina
La aplicación de
nanomateriales en el desarrollo de estructuras biológicas permite encontrar=
una
armonía entre los componentes materiales y celulares enfocados en un
tratamiento específico con un beneficio terapéutico (Yang, et al., 2020). P=
ara
que se produzca el crecimiento celular normal en un individuo debe existir =
una
relación directa mediante señales biomoleculares entre células y su matriz
extracelular, esta liberación de componentes solubles favorecen la adhesión
celular permitiendo su multiplicación y futura formación de tejidos (Bose, =
et
al., 2020). Los biomateriales empleados en suplir esta matriz extracelular
deben ser capaces de generar estas señales de liberación de moléculas para
estimular la diferenciación y proliferación celular. La matriz generada
funcionará como un sustrato o microcápsula para el crecimiento celular ya s=
ea
en la superficie o en su interior, pueden ser materiales naturales como el
colágeno, fibrina, fibroína o de carácter sintético como el polietilenglico=
l,
ácido poliláctico, policap=
rolactona
Tabla 1. Organoides
desarrollados con Ingeniería Tisular en 2D y 3D
|
Órganoides |
Células |
Método de Siembra |
In-vivo<=
/i> |
In-vitro=
|
Referencias |
|
Corazón (producción
de tejido, venas y arterias 3D ) |
Células endoteliales
aórticas de rata y células cardíacas neonatales de rata. HUVECs,
progenitores cardíacos humanos, hMSC o cardiomicocitos |
Inyección, perfusión en =
la
aorta y en la arteria braquiocefálica, aorta pregrado |
Dinámico (7-30d) Estático (21d) |
Heterotópico (7d) |
|
|
Pulmón (organoide primitivo/parcialmente completo) |
Células epiteliales y endoteliales pulmonares humanas=
Población pulmonar neonatal de rata y células
endoteliales microvasculares de rata Células endoteliales derivadas de HUVEC y hMSC o iPSC y células
perivasculares |
Perfusión en la arteria, vena, bronquios y haz pulmon=
ar |
Dinamico Estático (28d) |
Ortópico Ortópico |
(Doi
et al., 2017; Gilpin & Yang, 2017; Zhou et al., 2018) |
|
Riñón (organoide primitivo completo / tamaño pequeño 3D) |
HUVECS y células renales
neonatales de rata Neuroesferas
humanas CME de ratón y humanas |
Perfusión en la arteria
renal Perfusión asistida por v=
acío
en la arteria renal |
Dinámico (5,7d) Estático (16h,5d,30d) |
Ortópico en
ratas Subcutáneo en ratones SC=
ID
durante 12 semanas |
|
|
Páncreas (organoide parcialmente completo 3D/ funcionalización
completa para formación de tejido 2D) |
Células endoteliales pancreáticas primarias humanas EPC de rata |
Perfusión en la arteria mesentérica superior y la art=
eria
esplénica Perfusión en la vena cava inferior |
Dinámico (3d,6d) |
- |
(Peloso
et al., 2016; Shirakigawa et al., 2013) |
|
Hígado (organoide primitivo parcialmente completo 3D,
funcionalización completa para formación de tejido 2D) |
EA
HY926 línea celular endotelial y células HepG2 HUVEC=
s,
MS1 Células
progenitoras endotelialies Células
humanas fetales de hígado Hepatocitos
y médula espinal MSC |
Perfusión en la vena por=
ta,
la arteria hepática y la vena cava |
Dinámico (12h,3d,6d,7d y=
10d) Estático (3d y 5d) |
Heterotópico 1h Ortotópico en
el espacio infrahepático durante 1h Subcutáneo 21d Reperfusión del andamio =
en
anestesia terminal |
|
|
Intestino<=
/b> (desarr=
ollo
de partes específicas del
intestino grueso =
o delgado como el colon 3D) |
|
=
Inyección |
=
Dinámico (3d,14d) |
=
Heterotópico en un injerto
subcutáneo en |
(Dew et al., 2016; Klein, 2018) |
Se
presenta los diferentes tipos de organoides que=
se
han podido desarrollar mediante la ingeniería tisular en 2 o 3 dimensiones,
enfocándose en el tipo de células utilizadas, el método de siembra y si se =
los
ha realizado in-vitro o in-vivo.
Fuente: Elaboración propia
Para lograr la administr=
ación
controlada de señales bioquímicas o físicas mediante la utilización de un
biomaterial se deben considerar la actividad y estabilidad biológica de las
sustancias bioactivas, la cantidad de carga del andamio, la distribución de=
las
biomoléculas en el andamio y la afinidad cinética de liberación de las
moléculas, estos sistemas pueden ser implementados al momento de la creación
del andamio o añadirlos por separado al momento de generar la matriz; lo qu=
e se
busca es orientar la función celular para la liberación de moléculas
específicas que permitan la adhesión y proliferación celular hacia la forma=
ción
de un tejido en específico (Wang, et al., 2020).
Andam=
ios
Se han descubierto una gran cantidad de material=
es
capaces de brindar una superficie usada como matriz extracelular los cuales=
se
pueden diferenciar por su naturaleza biológica o sintética, por su composic=
ión,
forma, tamaño, resistencia y elasticidad; pero deben ser diseñados para sup=
lir
3 funciones esenciales la adhesión, diferenciación y proliferación celular
mediante la conducción e inducción de sustancias bioactivas (Tabla 2 y 3) (=
Zare, et al., 2021). El estudio de biomateriales es l=
a base
para el desarrollo de la medicina regenerativa buscando la forma más adecua=
da
de cada componente ya que puede afectar directamente la respuesta biológica
(Alam, Jo, Park & Cho, 2020).
Tabla 2. =
Ventajas
y desventajas de los Biomateriales sintéticos.
|
Biomaterial |
Ventajas |
Desventajas |
Referencias |
|
Hidroxiapatita (HA) Vidrio bioactivo Fosfato tricálcico (β-TCP) |
Alta resistencia del material Biocompatibilidad Resistencia a la corrosión Componentes inorgánicos similares Osteoconductividad Hidrofilia |
Difícil de moldear Módulo elástico excesivo |
(Sha,
et al., 2021; Zeng, et al., 2017). |
|
Polímeros (PCL) Polietilenglicol (PEG) Poliácido láctico (PLA)<= o:p> Poliácido glicólico (PGA=
) |
(Gao, et al., 2021; Lin,=
et
al., 2021; Moin, et al., 2020). |
||
|
Compuestos Polietileno con incrusta=
ciones
de fibras de carbono Cemento óseo |
Excelentes propiedades mecánicas Resistente a la corrosión |
Caro Métodos de fabricación laboriosos |
(Wang, et al., 2021; Deng, et al., 2021). |
Tabla 2. Se presenta las
ventajas y desventajas para el desarrollo de andamios a partir de la
utilización de biomateriales de origen sintético.
Fuente:
Elaboración Propia
Tabla 3. Ventajas y desventajas de los Biomateriales naturales.<= o:p>
|
Biomaterial |
Ventajas |
Desventajas |
Referencias |
|
Quitosano |
Biológicamente
renovable Biodegradable Biocompatible No
antigénico No
tóxico Biofuncional Materiales
bioadhesivos |
Inducing rapid bone regeneration at initial stages. Bone formation after implanting these matrices occurs over a long period. Inestabilidad
en medios ácidos |
(Loutfy, et al., 2=
021;
Kittana, et al., 2021; A=
fzali,
et al., 2021). |
|
Fibrina |
Induce una mejor interac=
ción
celular Alta biocompatibilidad |
Rápida degradación in-vivo Dificultad para mantener=
la
integridad estructural |
(Xie, et al., 2020; Lichtenstein, et al., =
2021) |
|
Fibroína de seda |
Biocampatividad Degradabilidad
lenta Excelentes
propiedades mecánicas |
La
producción de seda de araña es muy reducida |
(Hou, et al., 2020; Liu,=
Zhu
& Tang, 2020). |
|
Colágeno |
Biodegradabilidad Biocompatibilidad en med=
io
fisiológico Baja antigenicidad Biocompatible Buen reconocimiento celu=
lar |
Propiedades mecánicas
deficientes |
(Talaat, et al., 2020=
;
Luo, et al; 2021). |
|
Ácido hialurónico y alginato |
Biocompatible Fácilmente
acoplable Buen
reconocimiento celular Métodos
de gelificación sencillos |
Propiedades
mecánicas deficientes |
(Ma, et al., 2021; Xuan,=
et
al; 2021). |
Tabla 3:
Fuente: Elaboración Propi=
a.
Morales (2014), menciona que el diseño de un
biomaterial debe cumplir ciertas especificaciones como su biocompatibilidad=
ya
que no debe generar rechazo por parte del sistema inmune del huésped, su
conductividad relacionada a la capacidad de fijación y proliferación celula=
r,
su afinidad por incorporar factores inductivos encargados de dirigir y mejo=
rar
el crecimiento tisular, la eficiencia en el crecimiento vascular para el
transporte de biomoléculas y su oxigenación, su resistencia mecánica y un
procesamiento sencillo para que pueda ser replicable y aplicable para un
tratamiento en específico
Los polímeros son los
biomateriales más utilizados para la generación de andamios gracias a su
biocompatibilidad, su biodegradabilidad, su resistencia mecánica, su porosi=
dad
ligada al correcto transporte de biomoléculas y nutrientes permitiendo una
amplia variación de procesamientos capaces de cumplir con la proliferación
celular, pueden existir de dos tipos naturales y sintéticos en diversas for=
mas
nanotubos, nanocables, esferas, en forma de gel=
o en
películas fibrosas que buscan guiar la diferenciación celular de la manera =
más
idónea dependiendo del tipo celular y tejido que desea regenerar (Figura 1)=
Tipos de Andamios
Andamios de Nanotubos: consisten en andamios
tubulares de escala nanométrica, sintetizados principalmente de carbono, si=
licio
o grafeno sus características físicas varían dependiendo del grado de enrol=
lamiento
en una pared simple o múltiple pared en donde se enrolla dentro de sí mismo
generando un área superficial mayor, su diámetro pueden ampliarse de acuerd=
o al
método de síntesis y puede ser empleado como un conductor o transmisor de s=
eñal
fluorescentes para la detección de proteínas gracias a sus propiedades ópti=
cas
únicas que emiten un espectro infrarrojo, permitiendo la detección molecula=
r de
proteínas ligadas a la producción de enfermedades cancerígenas o como trata=
miento
a desórdenes degenerativos (Hendler-Neumark &am=
p; Bisker, 2019; Dong & Ma, 2019).
Andamios de Nanocables: son estructuras generadas a parti=
r de
carbono o silicio, se producen sobre una matriz capaz de actuar como un
conductor de señales eléctricas, se pueden conjugar con múltiples agentes
multifuncionales generando una mayor proporción de superficie funcionando c=
omo
un vehículo terapéutico para la liberación de fármacos gracias a sus cargas=
(Vidu, et al., 2014; Chen, et al., 2019).
Andamios esféricos: son estructuras esféricas de tamaño uniforme con un diámetro a
1000 nm que proporcionan una alta estabilidad física, h=
omogéneos
por su forma pueden ser
utilizadas como vehículo para la deposición de proteínas específicas o fárm=
acos
que ayudan en el funcionamiento celular
Andamios de Geles: son redes tridimensionales a escala nanométrica formadas por e=
l entrecruzamiento
de polímeros sintetizados de manera química o física, su principal función =
está
relacionada a la administración controlada de fármacos; reaccionan a estímu=
los
programados como pH, temperatura, luz o reacciones de óxido reducción; dando
una liberación direccionada para el funcionamiento correcto de las células
objetivo y permitir un estímulo para un crecimiento acelerado (Hajebi, et al., 2019; Cao, et al., 2020).
Andamios de Fibras o fibrinas: consiste en una estructura polimérica a nivel nanométrica electrohilada mediante fuerzas electrostáticas que en=
trega
una superficie porosa y estable capaz de funcionar como matriz extracelular=
, su
composición puede ser de carácter sintético o biológico y su mayor aplicaci=
ón
está ligado a la reconstrucción guiada de tejido óseo permitiendo la libera=
ción
guiada de proteínas específicas para la proliferación y diferenciación celular (Boda, et al.,=
2019;
Ghasemian-Lemraski, et al., 2021).
Gracias a las propiedades biodegradables de los =
materiales
y el control durante su síntesis existe el modelamiento de formas
tridimensionales, la estimulación mecánica y física de factores biológicos
capaces de regenerar tejidos, proporcionar ambientes de acogida y generar
fuerzas de atracción para la deposición guiada de fármacos (Tabla 4)
Tabla 4. Aplicaciones
Biomédicas con el uso de varios tipos de andamios.
|
Tipos
de andamios |
Aplicación |
In-vitro |
Animales
o Humanos |
Referencias
|
|
Nanotubos |
Restructurar y reconectar
neuronas dañadas. Sistemas de administraci=
ón
de fármacos. Detección de metabolitos
biológicos (Biosensor). |
Crecimiento celular. Producción de tejido
neuronal |
Prácticas en modelos ani=
males
de ratones para conexión neuronal. Humanos sistemas de
administración de fármacos en el tratamiento contra el cáncer |
(Al=
onzo,
AnilKumar, Roman, Tasnim=
& Joddar, 2019; Bose,
et al., 2020; Chen, et al., 2020) |
|
Nanocables |
Sistemas de administración de fármacos. Reconocer firmas genéticas de diferentes partículas y
transmitir la información. |
Producción de tejido neuronal, identificación de seña=
l de
fluorescencia para la liberación guiada de fármacos en células objetivos =
|
Administración de fármacos, modelos animales tratamie= ntos contra la degeneración neuronal (Alzhaimer).<= o:p> Humanos Liberación guiada de fármacos, fluoróforos para resonancia magnética. |
(Chen, et al., 2019; Guo & Ma, 2018; Shen, et al., 2019) |
|
Esferas |
Sistemas de administraci=
ón
de fármacos inyectables de depósito (Tratamiento de la enfermedad de
Alzheimer). |
Producción de tejido
neuronal. Encapsulación de fármacos, baja toxicidad, aumento de efectivid=
ad
de liberación en células objetivo |
Administración guiada de
fármacos en modelos animales |
Chen, et al., 2020; Dong, et al., 2020; |
|
Geles |
Matrices para la regeneración de la piel (apoyan la p=
roliferación
de queratinocitos y fibroblastos dérmicos humanos), =
sobretodo
en heridas profundas, permitiendo el restablecimiento en cortos periodos =
de
tiempo. Producción de otros tejidos, como vasos sanguíneos,
ligamentos y bronquios. Diferenciación y propagación para el crecimiento de
cilios en el TEC (tejido epitelial ciliado). |
Crecimiento celular acelerado, producción de tejido
epidérmico, articular y muscular. Obtención de estructuras como ligamentos, conductos
(venas y arterias) |
Modelos animales para la cicatrización acelerada, pru=
eba
funcional de conductos y ligamentos. Humanos: terapia de crecimiento articular, regeneraci=
ón
de cartílago, cicatrización epidérmica y muscular. |
(Bai, Gao, & Syed, 2018; Chen & Stephen-Inbaraj,
2019; Gamiz-Arco, et al., 2021; Zhou, et al.,=
2021) |
|
Fibras
o Fibrinas |
Apoyar
la adhesión de las células madre, la proliferación y diferenciación in-vitro. La
reparación de una amplia gama de tejidos in-vivo<=
/i>
como cartílagos artificiales, fragmentos de tejido óseo, vasos sanguíneos,
tejido epitelial y tejido nervioso óseo. Unión
dermo-epidérmica y la reconstrucción de la |
Crecimiento celular
acelerado, formación de tejido epidérmico, óseo, muscular y articular. |
Modelos animales en rato=
nes
para reparación de tejido muscular y epidérmico. Humanos: tratamiento para
recuperación de fracturas óseas, recuperación acelerada para cicatrizació=
n. |
(Boda, et al., 2019; Darwesh,
El-Dahhan, & Meshali=
,
2020; Liu, et al., 2020; Zheng, et al., 2021) |
Tabla 4. Aplicación de andamios e=
n el
desarrollo de la medicina regenerativa para la obtención de estructuras
celulares in-vitro, o in-vivo
en animales o pruebas realizadas en humanos para tratamiento médico.
Fuente: Elaboración propia
Const=
rucción
de andamios
De acuerdo al tipo de biomaterial empleado en la
síntesis de un andamio se pueden generar una gran cantidad de procedimientos
capaces de hallar su correcto funcionamiento cubriendo todos los requerimie=
ntos
básicos para su utilización, dependiendo de sus características químicas,
físicas y biológicas, dirigiéndolo a suplir el funcionamiento de la matriz
extracelular proporcionando una mejor compatibilidad mecánica y un acoplami=
ento
estructural entre las células y tejidos (TaŞli, et al., 2020). La
metodología empleada en la construcción de un andamio va directamente
relacionada a la estructura, forma y funcionalidad que se desee, por lo que=
si
el andamio requerido tendrá una forma de esfera existen 3 métodos de síntes=
is;
capa por capa, nanoprecipitación y nanoemulsión (Arai, et al=
.,
2018). Si es de carácter tubular como nanotubos o nano=
cables
los métodos empleados son nanoprecipitación o <=
span
class=3DSpellE>nanoemulsión para el desarrollo de geles se emplea una
emulsión o mezcla polimérica, mientras que para el desarrollo de fibras se
emplea la técnica de electrohilado (Cheng, et a=
l.,
2020).
Método capa por capa: consiste en desarrollar
películas delgadas compuestos por multicapas mediante la técnica de adsorci=
ón
secuencial por cargas. Zhou, Yang, Wang & Cheng (2021) mencionan que sus
inicios recaen en 1960 mediante el incrustamiento de
micropartículas sobre diversos tipos de sustratos capaces de generar una
corriente eléctrica gracias a las proteínas o moléculas orgánicas producidas
sobre los sustratos, su mayor impulso recae en el estudio de polielectrolit=
os
en 1990 por parte de Sukhoukovr. Gracias a su f=
ácil
segregación y procedimiento permite una multifincional=
idad
al modificar un polielectrolito mediante la agregación de polímeros,
nanopartículas orgánicas o incluso nanotubos de carbono
Nanoprecipitación=
: Parte del principio de disolución de un n=
anoportador
que es un andamio capaz de llevar un fármaco o una molécula orgánica a una
célula diana
Nanoemulsión: consiste en la emulsión de una fase orgánica con una fase acuo=
sa
mediante el uso de un agente estabilizante que reduce la tensión superficial
entre las dos fases inmiscibles generando una estabilidad
Electrohilado:
esta técnica fue desarrollada en =
el
año de 1934 por el físico Anton
Formhals caracterizada por la capacidad de formación de
filamentos poliméricos a partir del uso de fuerzas electrostáticas capaces =
de
definir características específicas como la flexibilidad, la alta porosidad=
, la
relación entre el área y el volumen obtenida; el rendimiento mecánico;
permitiendo la combinación de varios polímeros para la formación de una sola
fibra específica
Elaboración de un andamio polimérico por
Impresión 3D: implica
la formación de una película en 3 dimensiones mediante la superposición de
células con andamios biológicamente compatibles y factores biológicos de
activación para la regeneración biológica permitiendo la construcción de te=
jido
formado de forma autónoma y con integridad estructural, su principal aporta=
ción
se encuentra ligada al desarrollo de una matriz de cartílago articular debi=
do
su baja reparación gracias a la falta de vasos sanguíneos, este desarrollo
permite generar tratamientos ligados a la administración de fármacos, la
realización de autoinjertos para articulaciones y terapias funcionales (Che=
ng,
et al., 2020; Arai, et al., 2018).
Aplic=
aciones
de Andamios en Medicina Regenerativa
La medicina regenerativa es el umbral para la
aplicación de andamios construidos a partir de biomateriales naturales y
sintéticos en diversas formas y tamaños, gracias a la gran cantidad de
aplicaciones que se les puede dar, su utilización se ha convertido en la ba=
se
de muchos tratamientos y su efectividad cada día va en aumento (Figura 3) (=
Goldenberg,
et al., 2020).
Liberación Controlada de Fármacos
El desarrollo de apósitos para la recuperación de
heridas superficiales a nivel de epidermis se ha vuelto una respuesta para
evitar enfermedades crónicas o prevenir condiciones físicas adversas, la
utilización de hidrogeles se presenta como una solución gracias a sus
características regenerativas promocionando un ambiente propicio para el
crecimiento celular. Ghasemian-Lemraski, et al =
(2020)
explica que al desarrollar hidrogeles poliméricos mediante la técnica de
Las bioimpresoras ca=
paces
de generar un andamio en tres dimensiones unificando todas sus propiedades
bioactivas capaces de funcionalizar tejidos de =
manera
acelerada permitiendo el desarrollo celular (Sha, et
al., 2021). Uno de los campos más estudiados es la regeneración ósea por la
cantidad de defectos óseos que siguen apareciendo debido a enfermedades
catastróficas; el injerto óseo es uno de los más utilizados por su
biocompatibilidad para lesiones de reparación o fracturas. La aplicación de=
l uso
de las nanoarcillas como un nuevo tipo de andamio se ha convertido en un ár=
ea
capaz de aumentar la regeneración celular y la formación de tejidos. Wang, =
et
al (2020) produce un nuevo andamio mediante una impresora 3D en forma de
Dentro del área cardiovascular la utilización de
andamios naturales tiene estricta relación a la formación de tejidos arteri=
ales
o vasos sanguíneos capaces de tratar enfermedades cardiorrespiratorias
mejorando la circulación sanguínea y recuperando arterias o venas dañadas <=
w:Sdt
Citation=3D"t" ID=3D"-2022686815">(Alonzo, AnilKumar, Roman, Tasnim, & Joddar, 2019). Yang, et al (=
2020)
Desarrollaron un andamio vascular en forma de armazón a partir de fibrina y
poliuretano mediante la técnica de electrohilado
permitiendo la adhesión y proliferación de células estromales mesenquimales
capaces de desarrollar tejido para la formación de vasos sanguíneos.
La utilización de medicamentos fotosensibles par=
a la
realización de pruebas de resonancia magnética o rayos x pueden implicar ri=
esgos
severos para la salud por su toxicidad al organismo, pero son los únicos
capaces de detectar diagnósticos severos gracias a la interacción específica
con un tipo de células dañadas
Los nanotubos de carbono se han vuelto uno de los
andamios más estudiados en el área de la medicina regenerativa referente a =
la
administración guiada de fármacos gracias a su biocompatibilidad celular,
conductividad y características físicas como longitud, grado de agregación y
funcionalidad superficial que permiten la captación celular (Zare, et al., 2021). Esta multifuncionalidad ha lleva=
do al
desarrollo de varios estudios referentes al uso específico de medicamentos
aumentando su eficacia de liberación en el tratamiento de enfermedades
específicas como el cáncer, un ejemplo es el docetaxel=
una de las drogas más comunes aplicada durante la quimioterapia para evitar=
el
crecimiento de células enfermas, mediante la interacción del fármaco con
nanotubos de carbono funcionalizados con quitos=
ano Li,
et al (2018) determinaron que el nivel de efectividad de liberación a
comparación del fármaco puro fue del 68% a un pH de 5 en un modelo animal de
ratones convirtiéndose en una posible solución para la interacción del fárm=
aco
únicamente con las células tumorales.
Avanc=
es
de la medicina regenerativa en el Ecuador
Existe el Instituto Nacional de Donación y
Trasplante de órganos, tejidos y células (INDOT) el cual se basa en la Ley =
Orgánica
de Donación y Trasplante de Órganos, Tejidos y Células vigente desde el año 2011 para determinar la
disponibilidad y posibilidad de un paciente en estado grave (caso 0) ingres=
ando
en la Lista de Espera Única dictaminada en el Artículo 8 y revisada mediant=
e la
Asignación de acuerdo a la prioridad, vulnerabilidad, la ética y el tipo de
órganos, tejido o célula requerida mencionado en el Artículo 9, para recibir
una donación (Ministerio de Salud Pública, 2011).
Los ciudadanos ecuatorianos se pueden convertir =
en
donantes en caso de sufrir un accidente, a menos que hayan manifestado lo
contrario al momento de solicitar su identificación en el Registro Civil
marcándose en su cédula que no desean convertirse en donador, INDOT será el
encargado de determinar la jurisprudencia y situación de donación tanto si =
es
en vida o post mortem solicitando toda la información y la documentación que
verifique el deseo de la persona por entregar sus órganos total o parcialme=
nte
según sean requeridos y notificando a sus familiares de la manera más cálid=
a,
humana y brindando toda la ayuda posible como se establecen en los artículos
11, 12, 14 y 18. Se establece la capacidad del tratamiento con células madr=
e e
ingeniería tisular en los artículos 52 y 53 bajo la autorización previa del
ente gubernamental, enfocándose en el desarrollo de nuevos tratamientos cap=
aces
de ayudar a la salud pública (Ministerio de Salud Pública, 2011).
La disponibilidad de un órgano o tejido puede ser
muy limitada, por lo que el tiempo de espera puede conllevar años y un esti=
lo
de vida muy difícil para pacientes que sufren disfunción en algún órgano, el
trasplante incluye un proceso complicado de inmunosupresión y aceptación del
tejido u órgano extraño en el paciente que puede conllevar riesgo de rechazo
produciéndose una pérdida de un órgano sano y la debilidad emocional en un
paciente
La aplicación de la medicina regenerativa median=
te
la utilización de andamios presenta una serie de ventajas en contra de los
métodos tradicionales gracias a su mayor capacidad de respuesta, un estudio=
más
profundo de los resultados a esperar, la especificidad del tratamiento al
tratarse de un cultivo de las mismas células del paciente, aumentando la
capacidad de recepción y asegurando su funcionalidad por la biocompatibilid=
ad
de los mismos, las facultades de los andamios ya sean naturales o sintéticos
permiten un continuo desarrollo de la ingeniería tisular pues permiten la
aparición de nuevos métodos capaces de tratar problemáticas a la salud
sumamente difíciles, siendo mucho menos invasivas y compatibles con el
organismo
Concl=
usiones
·<=
span
style=3D'font:7.0pt "Times New Roman"'> =
El descubrimiento de biomateriales funcionalizados como andamios en la medicina regenera=
tiva
se ha convertido en una de las herramientas fundamentales para el tratamien=
to
de enfermedades catastróficas que afectan a la salud mundial mediante la
ingeniería tisular.
·<=
span
style=3D'font:7.0pt "Times New Roman"'> =
El uso de andamios prefabricados es utili=
zar
un sistema de polímeros que se inyecta directamente en el lugar del defecto=
y
que se polimeriza in situ utilizando calor, polímeros =
termorreactivos,
o luz (polímeros fotorreactivos). En la actuali=
dad,
se está llevando a cabo una gran cantidad de investigaciones sobre todos los
aspectos de la ingeniería de tejidos/medicina regenerativa en todo el mundo=
. A
medida que el campo avanza, uno de los principales retos es tratar de imitar
con mayor precisión la sofisticación de los biopolímeros natural en sustitución de los
materiales sintéticos. A medida que existan mas
biomateriales y biorreactores avanzados, permitirá conocer los mecanismos de
señalización celular necesarios para el desarrollo de los tejidos, y reduci=
r el
número de pacientes que esperan tejidos de donantes.
·
El
Ecuador es capaz de utilizar este tipo de tecnologías gracias a una entidad
pública relacionada directamente con el trasplante de órganos, tejidos y
células INDOT, mediante el cual se puede desarrollar nuevas investigaciones=
en
la aplicación de la medicina regenerativa.
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PARA CITAR EL
ARTÍCULO INDEXADO.
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digital.v4i3.1754
El
artículo que se publica es de exclusiva responsabilidad de los autores y no
necesariamente reflejan el pensamiento de la Revista Anatomía Digital.
El
artículo queda en propiedad de la revista y, por tanto, su publicación parc=
ial
y/o total en otro medio tiene que ser autorizado por el director de la Revista Anatomía Digital.