Investigadores del ibs.GRANADA premiados por una investigación sobre las propiedades beneficiosas de la membrana de la cáscara de huevo como material para la regeneración ósea
Se ha desarrollado un nuevo biomaterial que ofrece resultados prometedores en ámbitos como la traumatología y odontología regenerativa
Un equipo de investigadores de la Universidad de Granada pertenecientes al grupo de investigación TEC16-Terapias Avanzadas: Diferenciación, Regeneración y Cáncer del ibs.GRANADA, junto a científicos del Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra (IACT) del CSIC, de las universidades de Oviedo, Jaén, la Nacional de Colombia y del Servicio Andaluz de Salud, ha desarrollado un nuevo biomaterial a partir de la membrana de la cáscara de huevo. Los estudios in vitro han mostrado ya resultados prometedores de este biomaterial en ámbitos de la traumatología como la regeneración ósea o de la odontología, como el recubrimiento de la pulpa dental. El proyecto, denominado Membrana de cáscara de huevo con capa externa recubierta de apatito: un nuevo compuesto biohíbrido osteoinductor para la regeneración guiada de hueso/tejido, ha sido galardonado con el Premio de investigación del Instituto Español de Estudios del Huevo 2023, un galardón dotado con 12.000 euros y entregado en el Círculo de Bellas Artes de Madrid.
La membrana del huevo es un material biopolimérico singular, formado por fibras de colágeno tipo I, V y X, y recubiertas de proteínas de la clara, proteínas de la matriz de cáscara, carbohidratos y ácido hialurónico. En su cara externa, la membrana presenta además unas estructuras denominadas mamilas, compuestas de proteoglicanos, unas moléculas especializadas que actúan como centros de nucleación de carbonato cálcico, el componente mineral de la cáscara. La composición y función de las caras externa e interna de la membrana son diferentes. Mientras la externa promueve la nucleación de carbonato cálcico, y por tanto la formación de la cáscara, la interna, en contacto con la yema y la clara, inhibe la formación del mineral. Las aves aprovechan este doble rol de la membrana para formar el resistente material de cáscara de huevo, una coraza de carbonato cálcico que protege al embrión de agresiones externas y al mismo tiempo le permite eclosionar fácilmente desde su interior. Esta dualidad ha demostrado ser una característica prometedora, explotada en este trabajo para el desarrollo de un material biohíbrido para futuras aplicaciones en regeneración ósea guiada y recubrimiento pulpar.
La regeneración ósea guiada es una técnica ampliamente usada en odontología para promover la regeneración de hueso mandibular, por ejemplo, en maxilares, antes de proceder a colocar un implante, y la reparación de defectos óseos. Para ello, se usan pequeñas membranas fabricadas con polímeros reabsorbibles naturales (colágeno, gelatina, etc.) o sintéticos, además de un injerto óseo o material regenerador como un fosfato de calcio. El papel de estas membranas es actuar como barrera física entre el tejido óseo y el tejido gingival circundante, de manera que evite la invasión de células desde el tejido gingival a la zona del injerto óseo y sirva además como soporte para la formación de hueso nuevo. A su vez, se requiere que sean reabsorbibles para evitar una segunda cirugía.
El biomaterial desarrollado en este trabajo consta de una membrana de cáscara de huevo de gallina ponedora común, recubierta en su cara externa por fosfatos de calcio nanocristalinos de la fase apatito, preservando su cara interna sin mineralizar. “Para ello hemos usado una técnica de cristalización innovadora denominada ‘cristalización por difusión de vapor’, que persigue la precipitación de apatito nanocristalino con características similares al apatito del hueso que se pretende regenerar. El biomaterial obtenido es pues bifuncional, osteoinductor en la cara externa, y barrera frente a la invasión celular en la cara interna, pudiendo sustituir a los actuales materiales empleados en regeneración ósea guiada, es decir, la suma de una membrana más un injerto óseo. La membrana en su cara externa es, por ende, afín a los tejidos mineralizados y en su cara interna afín a los tejidos blandos. La membrana es, asimismo, reabsorbible”, indica Jaime Gómez Morales, del Laboratorio de Estudios Cristalográficos del IACT e investigador principal del estudio.
Los estudios in vitro han confirmado que el material de membrana de huevo recubierto con apatito tiene propiedades mecánicas mejoradas respecto a la propia membrana, biocompatibilidad y capacidad de estimular el crecimiento y desarrollo de células formadoras de hueso, incluyendo la diferenciación ósea de células madre mesenquimales. “Estas propiedades son clave para determinar el potencial de aplicación clínica del material conseguido en este estudio y son garantes para avanzar en la investigación del mismo. Del mismo modo, este material puede ser también utilizado para la regeneración de lesiones de otros huesos del cuerpo”, afirma Juan Antonio Marchal Corrales, director del Laboratorio Singular en Biofabricación y (bio)impresión 3D (BioFab i3D) de la UGR.
“De nuestra invención, además de la regeneración ósea guiada, sugerimos otra aplicación como es el recubrimiento de la pulpa dental. En el caso de la regeneración pulpar, el biomaterial de membrana recubre una exposición accidental de la pulpa dental, con el objetivo de preservar la vitalidad del diente. En la actualidad, los materiales utilizados para el recubrimiento pulpar están compuestos a base de hidróxido de calcio, silicatos de calcio y resinas compuestas, presentando limitaciones en su aplicación clínica debido a su incompatibilidad composicional con los tejidos dentales. Nuestro material, en cambio, contiene fosfatos de calcio, que son los mismos componentes presentes en los tejidos dentales, como la dentina o el esmalte. Esto lo convierte en una opción prometedora y compatible para la regeneración pulpar”, explica Jaime Gómez Morales.
“Gracias a estos resultados positivos, estamos comprometidos con la optimización de sus propiedades, de manera que pueda contribuir sustancialmente en campos médicos tales como la Traumatología y Odontología regenerativa”, afirma Juan Antonio Marchal.
Además, los resultados de esta investigación han dado lugar la publicación en la prestigiosa revista Biomaterials Advances y el registro de la patente PCT/ES2023/070274.
Información adicional
Los investigadores e investigadoras que han participado en este estudio son:
Dª Adriana Torres Mansilla (Departamento Geología Universidad de Oviedo); Dr. Pedro Álvarez Lloret (Departamento Geología Universidad de Oviedo); Dª. Ana Voltes Martínez (BioFab i3D, Centro de Investigación Biomédica de Granada, Universidad de Granada y Servicio Andaluz de Salud); Dra. Elena López Ruiz (BioFab i3D, Facultad de Ciencias de la Salud. Universidad de Jaén); Dra. Paula Alejandra Baldión Elorza (Departamento de Salud Oral, Facultad de Odontología, Universidad Nacional de Colombia, Bogota); Dr. Juan Antonio Marchal Corrales (BioFab i3D, Centro de Investigación Biomédica de la Universidad de Granada) y Jaime Gómez Morales (Laboratorio de Estudios Cristalográficos del Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra e investigador principal de este estudio).
Referencia bibliográfica:
Torres-Mansilla A, Álvarez-Lloret P, Voltes-Martínez A, López-Ruiz E, Baldión PA, Marchal JA*, Gómez-Morales J*. Apatite-coated outer layer eggshell membrane: A novel osteoinductive biohybrid composite for guided bone/tissue regeneration. Biomaterials Advances 2023 Aug 26;154:213605 DOI: https://doi.org/10.1016/j.bioadv.2023.213605
Financiación:
BIOSCAFFOLD, ref. PGC2018- 102047-B-I00 (MCIU/AEI/FEDER/UE). A este proyecto se han unido los proyectos de los autores Juan Antonio Marchal, Elena López Ruiz y Ana Voltes Martínez, que han financiado la realización de las pruebas biológicas gracias a la Fundación Mutua Madrileña, el Instituto de salud Carlos III (DTS21/00098) y la Consejería de Economía y Universidad, Junta de Andalucía (PYC20 RE 015 UGR; P20_00208 of 2020), y un crédito de estudios del Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación de Colombia (MinCiencias) que financia la Tesis doctoral de Adriana Torres Mansilla.
