Lectura tesis doctoral: Mar Bonany
"Nanotechnology-based Approaches for Bone Tissue Engineering"
Tesis realizada por Mar Bonany, investigadora del grupo Tecnologías médicas: Biomateriales e Inginería de tejidos del Institut de Recerca Sant Joan de Déu y Biomaterials, Biomechanics & Tissue Engineering Research Group del CREB-UPC. La tesis ha sido dirigida por las Dras. Maria Pau Ginebra Molins y Montserrat Español Pons
Nota para los asistentes virtuales: deberéis tener el micrófono y el vídeo cerrados durante toda la presentación, cuando el tribunal lo permita después de la cualificación, podréis abrirlos y tendréis a vuestra disposición la sesión abierta para interactuar con la ponente.
Sobre la tesis
En los últimos años, se han realizado un gran esfuerzo de investigación en el campo de la ingeniería de tejidos para superar las limitaciones de regeneración ósea del cuerpo humano, así como para tratar patologías relacionadas con el hueso como es el osteosarcoma . La nanotecnología ofrece múltiples formas de mejorar la regeneración ósea y de luchar contra el cáncer de hueso, gracias al uso de nanopartículas de hidroxiapatita (NPs HA) ya través del diseño de moléculas orgánicas muy pequeñas con capacidad para desencadenar reacciones biológicas específicas. En esta tesis, se estudia la implementación de estas moléculas en la terapia anticáncer y en el campo de la regeneración ósea, así como su interacción con los sistemas biológicos. El Capítulo 1 ofrece una perspectiva general del tema e introduce el estado del arte con las estrategias para el tratamiento del cáncer de hueso y la regeneración ósea más comunes reportadas en la literatura. En el Capítulo 2 se explora el uso de las nanopartículas de hidroxiapatita como terapia por el cáncer de hueso con la intención de investigar su mecanismo de citotoxicidad subyacente. Asimismo, las técnicas más utilizadas para el estudio de la internalización celular de estos materiales se comparan con alternativas de caracterización más innovadoras. De esta forma, la implementación de la crio-tomografía de rayos X blandos se presenta como una herramienta clave para el seguimiento y monitorización del destino de estas NPs internalizadas, ya que permite la visualización de depósitos de calcio en estado sólido y líquido, que se derivan de la disolución del nanomaterial. En el Capítulo 3 se investiga el uso de microesferas (MS) de gelatina como portadoras de NPs HA para regeneración ósea. Se estudia el dopaje iónico de las NPs con Mg2+, Zn2+ y Sr2+, que son iones muy implicados en el proceso de remodelación ósea, cuantificando su cinética de liberación en medio de cultivo celular. Aunque existen procesos de disolución y precipitación simultáneos, las MS demuestran ser un método efectivo para liberar los iones terapéuticos cargados. El Capítulo 4 y el Capítulo 5 se centran en el diseño de biotintas en el campo de la ingeniería de tejidos óseos. Se escoge el alginato como matriz, dado su proceso de entrecruzamiento simple y suave para las células, así como por su alta capacidad de modificación y sus propiedades reológicas. Se proponen dos estrategias distintas para solucionar la falta de bioactividad de este polímero, dando así funcionalidades biológicas a las células incorporadas a las biotintas. En el Capítulo 4 se estudia la incorporación de diferentes tipos de MS (gelatina, gelatina con NPs HA, y HA deficiente en calcio) para la formulación de estas biotintas. También se comparan dos protocolos de cruce. Tanto la incorporación de MS como el cruce usando medio de cultivo suplementado con Ca2+ resultan en un incremento en la rigidez de las biotintas. También se aprecia cómo la capacidad de migración de las células hacia las MS en la formulación de las biotintas afecta al comportamiento celular. En el caso de las tintas cargadas con MS que contienen gelatina, se observa una promoción de la migración, adhesión y proliferación celular en las biotintas. Por otra parte, a pesar de la mayor capacidad de diferenciación osteogénica de las MS minerales cuando las células se siembran encima, estos otros fenómenos no se ven. Por último, en el Capítulo 5 se explora el uso de dos peptidomiméticos con actividad selectiva para las integrinas a5ß1 y avß3, que se han visto muy implicadas en la ruta osteogénica. El polímero de alginato se funcionaliza con estas moléculas antes de preparar biotintas. La aplicación de estos dos ligandos no peptídicos resulta en una mejor diferenciación osteogénica de las células madre mesenquimales incorporadas en las biotintas. Aparte, este estímulo de la osteodiferenciación es más importante que en los hidrogeles