Hidrogeles fototérmicos con aplicación en ingeniería tisular ósea

Abstract

El empleo de la proteína morfogénica ósea 2 (BMP-2) recombinante en ingeniería tisular manifiesta graves inconvenientes relacionados con su seguridad. Debido a su baja vida media y rápida difusión, se requieren megadosis del factor de crecimiento para estimular una respuesta osteogénica eficiente, que conducen a efectos adversos. La terapia génica ofrece soluciones que permiten controlar eficientemente la producción fisiológica de factores de crecimiento. En el presente trabajo, se ha empleado una tecnología que combina sistemas de expresión transgénica inducible y materiales sensibles al infrarrojo cercano (NIR) para desarrollar una plataforma terapéutica que incrementa la producción de BMP-2 y potencia la regeneración ósea. Para ello, se integró en el genoma de células madre mesenquimales un sistema de expresión transgénica activado por calor y dependiente de dimerizador para controlar condicionalmente la producción de BMP-2. Las células modificadas genéticamente se incluyeron en hidrogeles de fibrina que contenían nanopartículas plasmónicas de oro (HGNP), capaces de transducir la energía incidente de un láser que emite en el infrarrojo cercano en calor. En presencia de dimerizador, la hipertermia inducida por la irradiación estimuló la liberación de BMP-2 bioactiva a partir de las células incluidas en los hidrogeles. Los hidrogeles fototérmicos se implantaron en un defecto óseo de tamaño crítico creado en calvaria de ratones inmunocompetentes. En los animales que fueron tratados con dimerizador, la irradiación NIR de los implantes indujo la producción de BMP-2 en la lesión ósea, dando lugar a la formación de nuevo tejido mineralizado. Con el fin de facilitar la preparación de hidrogeles fototérmicos, se generaron HGNP recubiertas con poli-L-lisina, utilizando COOH-PEG-SH como agente de acoplamiento, lo que permitió la conjugación de trombina al nanomaterial. Las HGNP conjugadas a trombina catalizan la polimerización de la fibrina, facilitando el proceso de generación de matrices fototérmicas que transducen la energía del infrarrojo cercano en calor. Los hidrogeles resultantes se comportan como andamiaje biocompatibles que permiten, in vitro e in vivo, el control de la expresión génica activada por la hipertermia en presencia de dimerizador.