Una membrana biorreabsorbible para la cicatrización de heridas internas y externas

Los investigadores de Fraunhofer han logrado utilizar el gel de sílice biorreabsorbible Renacer para producir una membrana electrohilada que no es ni citotóxica para las células ni genotóxica. Este modelo imita las estructuras fibrosas que se encuentran en el tejido conectivo y, por lo tanto, es particularmente adecuado para aplicaciones regenerativas, como para mejorar la cicatrización de heridas.

El tratamiento de heridas grandes e internas es un desafío y puede ser un proceso muy largo. Investigadores del Instituto Fraunhofer para la Investigación de Silicatos ISC y el Instituto Fraunhofer de Toxicología y Medicina Experimental ITEM han desarrollado una membrana bioabsorbible para este uso. Esta membrana apoya la cicatrización de heridas y se biodegrada completamente en el cuerpo a una sustancia natural.

La base de la nueva membrana es un vellón de fibra desarrollado en Fraunhofer ISC. Este vellón ya ha sido aprobado como dispositivo médico para apoyar la regeneración de heridas crónicas, como el pie diabético. Durante el proceso de curación, el material se disuelve por completo en un plazo de seis a ocho semanas. Utilizando el método de electrohilado, los investigadores ahora han logrado reducir el diámetro de la fibra de 50 micrómetros en un factor de más de 50, lo que da como resultado fibras con diámetros de menos de un micrómetro (µm). Esto hizo posible hilar un sol de gel de sílice en una membrana de gel de sílice de malla abierta que consiste en fibras con un diámetro de aproximadamente un µm. En algunos casos, los diámetros logrados fueron tan pequeños como 100 nanómetros.

«Estos sistemas de fibras imitan la matriz extracelular, las estructuras de fibras que se encuentran en el tejido conectivo, en el cuerpo y son muy bien toleradas por las células humanas para la regeneración de tejidos. No provocan reacciones a cuerpos extraños ni cicatrices internas. La innovadora membrana de gel de sílice libera solo un producto de degradación, el ácido ortosilícico. Tiene un efecto regenerador en el tejido y promueve el cierre de heridas», explica el Dr. Bastian Christ, científico del Fraunhofer ISC en Würzburg. Junto a sus compañeros estuvo a cargo de la síntesis y procesamiento del material.

«Mientras que el vellón de fibra original de 50 µm de grosor se inserta en una herida crónica desde el exterior, el vellón de fibra más delgado también es adecuado para uso interno. Teóricamente, podría colocarse sobre el material de relleno utilizado para defectos óseos en la mandíbula para acelerar la cicatrización de heridas», así describe la Dra. Christina Ziemann, científica investigadora de Fraunhofer ITEM responsable de la evaluación biológica del material, una de las numerosas aplicaciones posibles. “En principio, la membrana se puede pegar en el cuerpo con adhesivos biodegradables.

Usando un microscopio confocal, un microscopio de luz especial, fue posible mostrar que la membrana de malla pequeña, que sirve como demostrador, exhibe una función de barrera. Esto impide el paso de las células del tejido conjuntivo durante un período de al menos siete días sin interferir con la proliferación celular. Además, la membrana es reabsorbible, no es citotóxica ni genotóxica y, por lo tanto, no causa daño directo al tejido ni al ADN.

El diámetro de la fibra y el tamaño de la malla influyen en el comportamiento de las células

Se eligió un diámetro de fibra delgada de 100 nanómetros con mallas delgadas para usar como barrera de adherencia para prevenir adherencias y cicatrices postoperatorias. Con esta configuración, solo los nutrientes podían pasar a través del vellón de fibra, pero no las células del tejido conectivo. Con un diámetro de fibra de un micrómetro y mallas correspondientemente más anchas, por otro lado, las células crecen en la malla de fibra, proliferan allí y tienen un efecto regenerador en el tejido circundante.

«Al ajustar las propiedades del material, como el diámetro de la fibra y el tamaño de la malla, es posible influir en el comportamiento de las células según se desee», dice Christ. El equipo requerido para hilar las fibras está diseñado en Fraunhofer ISC para cumplir con los requisitos específicos de la aplicación y del cliente. La forma y el tamaño de los vellones de fibra también se pueden ajustar a las especificaciones del cliente.

Las heridas solo sanan rápida y eficazmente si el tejido herido recibe suficientes nutrientes. Al mismo tiempo, deben eliminarse los productos metabólicos. A diferencia de muchos productos en el mercado que permiten el transporte de nutrientes solo después de que ha comenzado la biodegradación, la membrana Renacer de malla abierta promueve este transporte directamente después de la implantación, sin permitir el paso de las células.

Membrana de carácter inorgánico

Hay otra ventaja: la membrana Renacer se disuelve completamente en ácido ortosilícico, no tóxico y con un pH casi neutro, la única forma de sílice soluble en agua. Está fisiológicamente presente en el cuerpo y se ha demostrado que estimula la formación de tejido conectivo de la piel y la formación de hueso. Los productos actualmente disponibles no exhiben tales propiedades bioactivas.

Muchos materiales biodegradables se disuelven en ácidos orgánicos, como el ácido láctico o el ácido glicólico. Esto puede causar acidificación local en el tejido, lo que desencadena reacciones inflamatorias del sistema inmunitario. «Nuestras pruebas han demostrado que el producto de disolución, el ácido ortosilícico, tampoco es tóxico y es completamente biocompatible con las células», dice Ziemann. «La membrana se descompone en una sola molécula: ácido ortosilícico».

Además, los fármacos pueden encapsularse en la matriz de las fibras de gel de sílice para liberarse durante la reabsorción del material. «Por ejemplo, se podrían administrar antibióticos en una herida después de aplicar una membrana Renacer cargada de medicamento para evitar la formación de colonias bacterianas», explica Christ. En Fraunhofer ISC, el proyecto GlioGel está probando si la plataforma de materiales Renacer se puede utilizar como depósito de sustancias activas en el tratamiento de tumores cerebrales.