Diferenciación osteogénica in vitro de células madre mesenquimales de rata sobre un sistema inyectable de quitosano fotosensible con hidroxiapatita

Abstract

En los últimos años se ha desarrollado la ingeniería de tejidos, un campo interdisciplinario, el cual combina conocimientos de la biología con la tecnología de los materiales y de la ingeniería; basándose en el estudio y aplicación de los procesos de reparación de tejidos para la creación de implantes, sobresaliendo tres elementos principales: las matrices porosas tridimensionales (biomateriales), las moléculas bioactivas que van a modular la actividad celular, y el componente celular en donde se pueden utilizar células diferenciadas o progenitoras, siendo el caso de las células madre. Las células madre mesenquimales han sido ampliamente utilizadas en la ingeniería de tejido óseo, debido a su gran plasticidad, y capacidad proliferativa y de diferenciación. En la regeneración de tejido óseo, se ha utilizado biomateriales sintéticos y de origen natural que permiten la adhesión, proliferación y diferenciación celular, así como el crecimiento y remodelación tisular. El quitosano, un polímero natural biodegradable derivado del citoesqueleto de crustáceos, ha demostrado ser biocompatible y aprovechable en una amplia gama de aplicaciones biomédicas. Una de las formas de utilización de quitosano es por medio de los hidrogeles que son cadenas poliméricas entrecruzadas que tienen la capacidad de absorber agua. Los hidrogeles de quitosano han demostrado un efecto beneficioso en la condrogénesis y osteogénesis tanto en estudios in vitro como in vivo. Otro material de interés en este estudio es la hidroxiapatita, la cual es el componente inorgánico principal de los tejidos óseos; este material ha sido utilizado en una gran gama de aplicaciones biomédicas, debido a su alto grado de biocompatibilidad y bioactividad. Por estas razones el objetivo de este estudio fue evaluar el potencial osteogénico in vitro de un sistema inyectable de quitosano e hidroxiapatita, utilizando células madre mesenquimales (MSC) de la médula ósea de ratas; cultivadas durante 21 días, sobre los hidrogeles de quitosano: hidroxiapatita (QT: HAP). El quitosano fue modificado químicamente, a través de reacciones de carbodiimida, con ácido lactobiónico y ácido azidobenzoico para hacerlo soluble a pH fisiológico y fotosensible, respectivamente. Se hicieron hidrogeles por mezcla de quitosano modificado e hidroxiapatita en diversas proporciones (100:0, 90:10, 70:30, 50:50 y 30:70) y exponiéndolas a luz UV. Se determinó la proliferación celular en medio alfa-MEM y osteogénico, la diferenciación osteogénica de las MSC a través de la determinación de la actividad de fosfatasa alcalina, mostrando mayor actividad de esta enzima en medio osteogénico que los obtenidos en medio alfa-MEM. La deposición de calcio mostro valores dentro del rango de los esperados. Adicionalmente se realizó microscopia confocal para evaluar la morfología celular, así como las interacciones células-hidrogel. Los resultados demostraron una buena interacción célula-biomaterial, con un proceso de diferenciación que comienza poco después del sembrado de las células (antes de los 4 días de cultivo). En general, este trabajo demostró que los hidrogeles propuestos, permiten la proliferación celular y diferenciación osteogénica in vitro que depende de la composición de los mismos, destacando la composición 70:30 con quitosano de bajo peso molecular. Se propone futuras investigaciones de este sistema, en cuanto a las interacciones de los biomateriales así como estudios in vitro e in vivo; y su subsecuente desarrollo en la regeneración de tejido óseo.