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Programa InfoSalud (Argentina)

Científicos crean membrana cutánea y estructura para injertos óseos con colágeno de esponjas marinas

Publicado em 11 setembro 2020

Por Karina Ninni, da Agência FAPESP

Un grupo de investigación coordinado por Ana Claudia Renno y Renata Neves Granito, vinculado al Laboratorio de Biomateriales e Ingeniería de Tejidos (Labetec) de la Universidad Federal de San Pablo (Unifesp), consiguió extraer colágeno y biosílice de esponjas marinas y, con ello, desarrollar una membrana para reparar quemaduras y úlceras de la piel y una estructura para injertos óseos. El proyecto tiene apoyo de la FAPESP.

Los productos se encuentran en diferentes etapas de pruebas preclínicas. Se extrajo colágeno de la especie Aplysina fulva y la biosílice bioactiva se obtuvo de la especie Tedania ignis.

El colágeno ya es un material muy utilizado para estos fines, pero en la mayoría de los casos se utiliza materia prima de tejido de buey o cerdo y los productos que se originan son muy caros. Todavía no existe en el mercado un producto de este tipo a base de colágeno marino.

“Hay una serie de protocolos o tratamientos en el mercado para las fracturas y úlceras o quemaduras, pero generalmente son muy costosos o no tienen la capacidad adecuada para acelerar los procesos de reparación y regeneración. Empezamos a buscar alternativas para extraer materiales bioactivos del medio marino, aquí en Santos, donde se encuentra Labetec, e intentamos desarrollar biomateriales con ellos que pudieran llenar ese vacío ”, recuerda Ana Claudia Renno, fisioterapeuta y coordinadora del Programa de Posgrado de Bioproductos. y Bioprocesos de Unifesp, campus Baixada Santista.

Los científicos extrajeron el colágeno de la esponja marina, prospectaron para identificar el bioactivo y realizaron una serie de pruebas biológicas para demostrar la biocompatibilidad del colágeno marino y su capacidad para acelerar el proceso de reparación de tejidos. “La composición de esta esponja de colágeno es muy similar a la del colágeno de vertebrados. Debido a esta similitud, y dado que ya existen varias referencias en la literatura sobre el uso del colágeno en varios procesos regenerativos, pudimos identificar y procesar el material y usarlo en la producción de membranas y estructuras para injertos óseos”.

Renno dice que un punto crucial para poder ir más allá de la fase de laboratorio y pasar a las pruebas clínicas es la optimización del rendimiento de extracción. "Estamos probando y comparando protocolos para que podamos optimizar la extracción de muestras bioactivas y, en el futuro, tener un producto que llegue al mercado y beneficie a la población".

Las esponjas fueron recolectadas en Praia Grande de São Sebastião, gracias a una cooperación entre Labetec y el Centro de Biología Marina de la Universidad de São Paulo (CEBImar-USP). “Son recogidos por buzos, con una espátula, a una profundidad de cinco metros. Lo ponemos en agua salada y lo llevamos al laboratorio rápidamente, para hacer el procesamiento, ya que duran como máximo un día”. En el laboratorio, las muestras se procesan, higienizan y almacenan hasta que llega el momento de realizar la extracción.

“Lo ideal sería cultivarlos, para que no tengamos que sacarlos de la naturaleza. Es posible cultivarlos en acuarios, pero estos animales son muy sensibles, son filtros. Y también existe la alternativa de cultivarlos en el mar. En este caso, la posibilidad de éxito es mayor, porque es su hábitat, pero nuestro grupo aún no está trabajando con el cultivo en el mar. Estamos tratando de cultivar en acuarios, donde podemos controlar la temperatura, la composición del agua y otras variables, para obtener una muestra homogénea y estandarizada para extraer colágeno”.

Membrana para tratamiento de quemaduras

El proyecto de membranas para el tratamiento de quemaduras y lesiones cutáneas se inició con la maestría del alumno Tiago Akira Araújo. “Este alumno ya ha fabricado la membrana a partir de colágeno marino y ya tenemos el prototipo. Estandarizó los procedimientos de extracción de colágeno y ahora estamos terminando de probar la toxicidad de las células de la piel. Planeamos comenzar las pruebas preclínicas en animales a finales de año. Ya tiene una empresa y la idea es transformar la membrana en producto”, adelantó Renno.

El equipo realizó entrevistas con cirujanos plásticos y dermatólogos para plantear los posibles problemas que presentan los productos que ya están en el mercado. “Además del alto costo de las membranas, algunas no tienen la capacidad adecuada para acelerar el proceso de reparación de la piel. Y, muchas veces, estos apósitos no son reabsorbibles: hay que cambiarlos en cortos periodos de tiempo, lo cual es malo para el paciente, provoca dolor, malestar y riesgo de infección. Nuestra membrana, en cambio, debe permanecer en el tejido, en la zona de la quemadura, reabsorbiéndose hasta que el cuerpo sea capaz de reemplazarla por tejido normal”.

La investigadora también señala que la materia prima de origen vertebrado (bueyes y cerdos) tiene que ser monitoreada paso a paso, porque existe la posibilidad de transmisión de enfermedades si no son muy bien procesadas.

El objetivo del grupo al trabajar con la esponja era intentar crear una membrana que tenga efectividad biológica y la capacidad de acelerar el proceso de reparación, además de ser absorbible, a partir de una materia prima nacional, de fácil acceso y procesamiento, con reactivos químicos amigables y con costo reducido para que el producto sea más accesible para la población.

“Creemos que esta membrana a base de colágeno marino puede llegar al mercado más barata que otras similares, porque es más fácil de procesar. Tiago optimizó un protocolo basado en agua como solvente para la extracción del colágeno. Consiguió un muy buen rendimiento, con una efectividad biológica muy significativa a partir de la extracción con agua. Otros protocolos usaban distintos solventes, algunos de ellos tóxicos. Al hacerlo con agua es posible reducir el costo del producto y también su toxicidad”.

Injertos óseos
El trabajo con el material destinado a injertos de fracturas óseas está algo más avanzado que el realizado con la membrana, porque se inició antes. Las pruebas preclínicas ya están en marcha.

Para imitar el tejido óseo y obtener una estructura para injertos, el grupo utilizó tanto la parte orgánica (la esponja, que es el colágeno mismo) como la parte mineral (inorgánica) de la esponja, la biosílica. “Asociamos la parte orgánica con la parte mineral y logramos obtener un compuesto con propiedades muy similares a las del tejido óseo. Hicimos un injerto manufacturado, realizamos su caracterización y comenzamos a probar, tanto in vitro, con células óseas, como en vivo, con animales ”.

Los científicos también han agregado la esponja a materiales que ya se usan comúnmente para injertos óseos, como hidroxiapatita y biosilicato. “Nuestro objetivo en estos trabajos fue tratar de mejorar las propiedades bioactivas, es decir, la capacidad de estos materiales para acelerar el proceso de reparación ósea, principalmente con hidroxiapatita, que a pesar de ser muy utilizada, no logra finalizar el proceso de consolidación de la fractura y tiene propiedades biológicas muy limitadas. Así, partiendo del supuesto de que los materiales biomiméticos -que simulan la composición de los tejidos biológicos- tienen una mayor capacidad para acelerar los procesos de reparación, pensamos en introducir esponja en estos materiales que ya eran ampliamente utilizados para ver si podíamos optimizar su potencial biológico ”.

Según Renno, el equipo logró buenos resultados con la mezcla de esponja (30%) e hidroxiapatita (70%). “Pudimos mejorar la capacidad de acelerar el proceso de reparación con números muy significativos en comparación con el material hecho solo de hidroxiapatita. En cuanto al biosilicato, que ya tiene una utilidad biológica muy significativa y es bastante caro, generalmente importado, nuestra expectativa también era poder reducir un poco el costo del compuesto final. En este caso, utilizamos un 20% de esponja y un 80% de biosilicato ".

El grupo tiene 12 artículos relacionados con el área de investigación, entre publicados y aceptados en revistas internacionales, y reúne cerca de 20 investigadores, entre estudiantes de maestría, doctorado y posdoctorado, bajo la dirección de las profesoras Ana Claudia Renno y Renata Neves Granito. “Nuestro equipo es multidisciplinario: contamos con biólogos, químicos, dentistas y cirujanos plásticos. También tenemos colaboraciones con distintas universidades, incluidas todas las públicas del Estado de San Pablo y también con la Universidad do Minho, en Portugal”, dice Renno.

El investigador Paulo Roberto Gabbai Armelin, apoyado por la FAPESP, está iniciando las pruebas sobre la impresión de la membrana y el injerto óseo.

 

Agencia FAPESP ( Brasil ).

Traducción Programa INFOCIENCIA