Potenciación de las propiedades osteoinductoras de matriz ósea desmineralizada para su uso terapéutico en humanos

Abstract

[spa] La matriz ósea desmineralizada (DBM) es el aloinjerto óseo más utilizado ya que es capaz de inducir la regeneración de la matriz ósea, gracias a un conjunto de proteínas como las proteínas morfogenéticas óseas (BMPs). La DBM se obtiene eliminando el componente mineral del hueso mediante un tratamiento acido que conduce a la exposición del componente proteico del hueso. Para la aplicación clínica de la DBM, es necesario formularla con excipiente que le aporte consistencia y si es posible que estimule la regeneración ósea. En este estudio se han evaluado tres formulaciones de DBM con glicerol (Gly), ácido hialurónico (AH) y metacriloilo de gelatina (GelMA), midiendo sus propiedades fisicoquímicas (microestructura, resistencia a la compresión y cohesividad en suero), junto al estudio de su capacidad osteoinductora in vitro en células madre mesenquimales humanas obtenidas de cordón umbilical (HUC-MSCs). Con fin de medir la efectividad de la DBM de inducir la diferenciación de HUC-MSCs hacia osteoblastos se han usado distintos marcadores, entre estos la actividad de fosfatasa alcalina (ALP), y los niveles de expresión de determinados genes marcadores mediante RT-PCR a tiempo real. En el ensayo de compresión, así como en el ensayo de cohesividad en suero, la formulación de DBM con GelMA ha mostrado su superioridad frente a las otras formulaciones. Además, analizando su microestructura mediante microscopía electrónica de barrido el GelMA mostró tener una estructura más compacta. En el estudio in vitro, el ensayo de citotoxicidad mostró que el Gly fue significativamente tóxico respecto al control, mientras que GelMA y sobretodo AH tuvieron muy baja toxicidad. A pesar de que en el ensayo de ALP todas las formulaciones indujeron significativamente respecto al grupo control la diferenciación hacia osteoblastos, en los estudios de expresión génica no se obtuvieron diferencias significativas. En conclusión, el GelMA ha resultado ser el mejor excipiente de los estudiados, ya que es capaz de mejorar la capacidad osteoinductora de la DBM y es el que presenta unas mejores propiedades fisicoquímicas.

[eng] The demineralized bone matrix (DBM) is the most widely used bone allograft since it is able to induce bone matrix regeneration, thanks to a set of proteins such as bone morphogenetic proteins (BMPs). DBM is obtained by removing the mineral component from the bone by an acid treatment that leads to exposure of the protein component of the bone. For the clinical application of DBM, it is necessary to formulate it with a carrier that provides consistency and if possible that stimulates bone regeneration. In this study three DBM formulations with glycerol (Gly), hyaluronic acid (AH) and gelatine methacryloyl (GelMA) were evaluated, measuring their physicochemical properties (microstructure, compressive strength and serum cohesivity), together with the study of their in vitro osteoinductive capacity in human mesenchymal stem cells obtained from umbilical cord (HUC-MSCs). In order to measure the effectiveness of DBM in inducing the differentiation of HUC-MSCs into osteoblasts, different markers have been used, including alkaline phosphatase (ALP) activity and expression levels of specific marker genes by real-time RT-PCR. In the compression assay, as well as in the serum cohesive assay, the DBM formulation with GelMA has shown its superiority over the other formulations. In addition, by analyzing its microstructure by scanning electron microscopy the GelMA showed to have a more compact structure. In the in vitro studies, the cytotoxicity assay showed that Gly increased cell toxicity against the control, while GelMa and AH showed very low toxicity. Although in the ALP assay all formulations significantly improved the differentiation into osteoblasts compared to the control group, no significant differences were found in the gene expression studies. In conclusion, GelMA proved to be the best carrier from the ones studied, being able to improve the osteoinductive activity of the DBM, being also the carrier with the best physicochemical properties.