Un nuevo copolímero para la regeneración tisular : estudio biomecánico y densitométrico

Abstract

Introducción: La pérdida de tejido óseo como consecuencia de infecciones, tumores, traumatismos, defectos congénitos o pseudoartrosis, representa un problema aún no resuelto en la cirugía ortopédica y traumatología. Las complicaciones asociadas a la utilización de los injertos óseos ,cifradas entre el 6 y 20 % en autoinjertos, así como los potenciales riesgos de carácter infeccioso e inmunológico relacionados con los aloinjertos, hacen que actualmente exista gran interés en buscar alternativas a éstos, en las matrices de soporte y los biomateriales. Hipótesis: “Determinar si el copolímero implantado en defectos óseos de tamaño crítico en radio de conejo permite la regeneración ósea total con idénticas características biomecánicas, morfológicas y densitométricas a las del hueso sano”. Material y método: Estudiamos la regeneración ósea obtenida con un copolímero constituido por micro-hidroxiapatita (mHAp), ácido poli-L-láctico (PLLA) y nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT), dopado con o sin proteína morfogenética tipo 2 (rhBMP-2). Se crea un defecto de tamaño crítico (15 mm) en el radio de 30 conejos, a los que se les aplica tratamientos diferentes que se valoran mediante ensayos biomecánicos de flexión a 4 puntos (perfil polar de rigidez a flexión, índice de rigidez) y de torsión (par torsor recuperado); estudios densitométrico y de la morfología del callo, a las 8 y 16 semanas. A las 8 semanas se utilizan tres tratamientos diferentes (autoinjerto; copolímero sin rhBMP-2 y copolímero con rhBMP-2) y a las 16 semanas, dos tratamientos (autoinjerto y copolímero con rhBMP-2). Resultados y Discusión: En el estudio morfológico del callo óseo formado (TAC), a las 8 semanas, observamos consolidación completa del grupo tratado con autoinjerto. Los grupos tratados con copolímero dopado con y sin rhBMP-2, forman puentes óseos sin conseguir la consolidación completa del defecto y sin la reabsorción del andamio. En los ensayos a flexión a 4 puntos, para el parámetro perfil polar de rigidez a flexión (PPRF), sólo el autoinjerto a las 16 semanas, consigue una gráfica superponible al hueso sano En el parámetro índice de rigidez (SI), a las 8 semanas, encontramos diferencias significativas entre los grupos autoinjerto y copolímero dopado y entre los grupos copolímero dopado y sin dopar. A las 16 semanas, encontramos diferencias significativas entre los grupos autoinjerto y copolímero dopado. Los resultados de los ensayos a torsión, a las 8 semanas, para el par torsor recuperado (PTR) fueron 109,4% (autoinjerto); 85,5% (copolímero dopado) y del 71% (copolímero sin dopar). A las 16 semanas se obtienen valores de PTR superiores al hueso sano para los dos tipos de tratamiento. En los estudios densitométricos,a las 8 semanas, el copolímero con y sin rhBMP-2 consigue valores densitométricos, tanto del porcentaje de volumen (PV) como del porcentaje de densidad (PD) superiores al hueso sano. Las caracteristicas del hueso regenerado con nuestro copolímero son superiores biomecánica y desitométricamente, a las obtenidas por otros autores, en el tratamiento de defectos de tamaño crítico. Conclusiones: 1. La propiedades biomecánicas del hueso regenerado a partir del copolímero dopado como sin dopar con rhBMP-2, son comparables a las del hueso sano contralateral. 2. Las características densitométricas del hueso regenerado por el copolímero, tanto dopado como sin dopar con rhBMP-2, son semejantes en el estadío precoz del estudio, al hueso sano contralateral. 3. El copolímero “per se” regenera hueso siendo capaz de reparar defectos óseos de tamaño crítico. 4. El autoinjerto sigue considerándose mecánica y densitométricamente como la mejor opción de tratamiento en defectos óseos de tamaño crítico. No obstante, nuestro biomaterial analizado constituye una adecuada alternativa terapéutica.

Introduction: Bone tissue loss as a result of infections, tumours, traumas, hereditary defects or pseudoarthrosis represent a problem represents a problem which has not been solved yet in the field of orthopaedic surgery or traumatology. Difficulties associated to the use of bone grafts, up to 6 and 20% for autografts, as well as for those with a high infection- and immunological-type risk linked to allografts, arouses a special interest to search for alternatives to bone grafts in the support matrixes and biomaterials. Hypothesis: “To determine whether the copolymer implanted in critical-size bone defects in a rabbit radium permits a total bone regeneration with identical biomechanical, morphological and densitometric features as those of a healthy bone”. Materials and method: Bone regenaration resulting from a copolymer made of hydroxyapatite (mHAp), poli-L-lactic acid (PLLA) and single-wall carbon nanotubes (SWCNT), doped with or without morpho-genetic protein type 2 (rhBMP-2) is studied. A critical-size defect (15 mm) is created in the radium of 30 rabbits (white rabbits with a genetic line from New Zealand), which are applied different treatments which are judged by biomechanical tests (4-point flexion test and torsion), densitometric tests and callus morphology, during the 8th and 16th week. At the 8th week, three different treatments are used (autograft; copolymer without rhBMP-2 and copolymer with rhMBP-2) and at the 16th week, two treatments (autograft and copolymer with rhBMP-2). Results and discussion: In the bone-callus morphological research (TAC), at the 8th week a complete consolidation is observed by means of a micro-TAC in the group treated with autograft. Those groups treated with a copolymer with and without rhBMP-2 show bone bonding, but it does not reach a complete consolidation of the defect or a scaffold reabsorption. The results in the 4-point flexion, for the polar profile parameter of flexion stiffness (PPRF) the only group achieving a comparable graphic to a healthy bone, is the autograft tested at the 16th week. In the index-stiffness parameter (SI) at the 8th week statistically significant differences can be observed between the groups treated with an autograft and with a copolymer, whether doped or not. At the 16th week, significant differences can be found between the groups with autograft and doped copolymer. The results of the torsion essays, at the 8th week, for the recovery parameter of the torsion pair (PTR) were 109.4% (autograft), 85.5% (doped copolymer) and 71% (not doped copolymer). At the 16th week PTR values are higher than those of the healthy bon or both kinds of treatment. Densitomtrical researches results, at the 8th week, the copolymer with and without rhBMP-2 achieves higher densitometrical values than the healthy bone, as regards volume percentage (VP) and density percentage (DP). The features of the bone regenerated by our copolymer are biomechanically and densitometrically higher than those obtained by other authors when treating critical-size defects. Conclusions: 1. Biomechanical features of the bone regenerated y the copolymer, both doped or not doped with rhBMP-2 are comparable to the ones of the contralateral healthy bone. 2. The densitometric features of the bone regenerated by the copolymer, both doped and not doped with rhBMP-2, are similar to the contralateral healthy bone at the moment prior to this research. 3. The copolymer itself regenerates the bone, being able to repair critical-size bone defects. 4. Autograft is both mechanically and desitometrically the best option to repair critical-size defects. However, the biomaterials herein analysed constitutes an adequate therapeutic alternative.