Biomaterial a base de citrato alimenta la curación ósea con menos rechazo

Biomaterial a base de citrato alimenta la curación ósea con menos rechazo
De acuerdo con un equipo de bioingenieros de Penn State, un material basado en un producto natural de huesos y cítricos, llamado citrato, proporciona la energía extra que las células madre necesitan para formar nuevo tejido óseo.

Su nueva comprensión del mecanismo que permite que el citrato ayude en la regeneración ósea ayudará a los investigadores a desarrollar andamios de liberación lenta, biodegradables y liberadores de citrato que actúen como plantillas de crecimiento óseo para acelerar la curación en el cuerpo.

«En nuestro laboratorio, hemos estado trabajando con citrato durante más de una década», dijo Jian Yang, profesor de ingeniería biomédica en Penn State. «Sabíamos que en el cuerpo humano, el 90 por ciento del citrato orgánico se encuentra en el tejido esquelético.

Pero nadie realmente intentó usar el citrato como un bloque de construcción para producir biomateriales óseos. Nuestro nuevo artículo trata de entender cómo el citrato ayuda a curar los huesos. y utiliza el entendimiento para guiar el diseño de nuevos biomateriales biomiméticos para una mejor reparación ósea «.

El autoinjerto, la extracción de hueso de otra parte del cuerpo del paciente y su inserción en la herida, es el método más utilizado para la regeneración ósea en un entorno hospitalario.

Este no es siempre un método adecuado, especialmente en el caso de heridas grandes o tejido óseo extirpado durante el tratamiento del cáncer.

Los biomateriales sintéticos serían un reemplazo bienvenido y muchos laboratorios están trabajando para desarrollarlos. Pero los materiales sintéticos actuales causan una inflamación significativa, y la tasa de curación ósea es lenta y la calidad de curación es deficiente.

El cuerpo encapsula el implante con tejidos fibróticos que evitan que el implante se integre con el hueso circundante. Con el material de Yang, los investigadores no ven la encapsulación y la inflamación crónica es mínima.

Chuying Ma, un estudiante de doctorado en el laboratorio de Yang, es el autor principal del artículo. A Ma se le dio el problema de descubrir el mecanismo poco conocido que subyace al uso del citrato en el cuerpo para regenerar el hueso.

Encontró que la membrana de la célula madre tiene un transportador que se utiliza para transportar citrato a la célula para elevar el nivel de energía celular. Cuando las células madre óseas se diferencian para formar nuevas células óseas, requieren más energía como soporte para la formación activa de hueso.

El momento y la dosis de suministro de citrato a las células madre también son críticos. Yang y Ma acuñaron el efecto citrato recién identificado en la diferenciación de células madre como «regulación metabonegénica» en el documento.

El equipo también identificó un segundo factor involucrado en la producción de energía, un aminoácido llamado fosfoserina. Con su nueva comprensión del mecanismo para el recrecimiento óseo, desarrollaron un biomaterial que incorpora citrato y fosfoserina y lo probaron en modelos de rata.

«Al utilizar nuestro nuevo material, vemos la deposición temprana de hueso nuevo en un mes», dijo Ma. «Esto es mucho más temprano que los biomateriales ampliamente utilizados en dispositivos aprobados por la FDA. En este estudio probamos dos modelos, el hueso del cóndilo femoral y los defectos del hueso craneal».

En ambos modelos animales, vemos que el nuevo biomaterial es mejor que los materiales comerciales para inducir la formación ósea temprana y también promover la maduración ósea, según Ma.

«Para mí, este es un hallazgo importante», dijo Yang, quien es miembro de la facultad en el Instituto de Investigación de Materiales de Penn State y en los Institutos de Ciencias de la Vida de Huck. «El citrato ahora se reconoce como un enlace central entre el metabolismo y la diferenciación de las células madre.

Estamos descubriendo el mecanismo por el cual el citrato influye en la actividad de las células madre, no solo en el hueso, sino también en la implicación de otros tipos de células y tejidos. Por ejemplo, existe Una alta concentración de citrato en el líquido cefalorraquídeo que rodea el cerebro.

Junto con Yang y Ma, otros autores del artículo, «Materiales a base de citrato alimentan a las células madre humanas mediante una regulación metabólica», son Jimin Kim, Dingying Shan, QiaolingLin y Maria Hudock, todos estudiantes actuales o anteriores en el laboratorio de Yang; y Xinggui Tian, ​​Denghui Xie, Xiang Ao y Xiaochun Bai, todos de la Southern Medical University, China. Los Institutos Nacionales de la Salud, un Premio de Investigación de la Fundación de Fibrosis Quística, y la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China apoyaron esta investigación.

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