Constructo útil para terapia de regeneración de tejidos, procedimiento de obtención y aplicaciones.

La presente invención consiste en un constructo, formado por un biomaterial compatible biológicamente, que sirve de soporte sobre el que se cultivan uno o más tipos de células vivas, de forma que se obtiene una estructura compleja tridimensional. El biomaterial soporte que se emplea para la elaboración del constructo de la invención, es del tipo sílice mesosestructurada (SBA-15) y/o bien se trata de un biomaterial compuesto formado por una matriz de sílice del tipo SBA-15 sobre el que se crecen nanopartículas de hidroxiapatito de calcio (HA). El constructo está particularmente indicado para su aplicación en las intervenciones reconstructivas de cirugía ortopédica y traumatología, en cirugía cervical y también en cirugía oral y maxilofacial, para su aplicación en terapias celulares destinadas a la regeneración tisular y a la curación de enfermedades del tejido esquelético (cartilaginoso y óseo)

Constructo útil para terapia de regeneración de tejidos, procedimiento de obtención y aplicaciones.

Sector

La presente invención se enmarca dentro de áreas de conocimiento tales como la biología, la biotecnología, la ciencia de materiales, la farmacología, la medicina, la ingeniería o la nanotecnología entre otras. Sus aplicaciones van destinadas fundamentalmente a los sectores de la salud y la biomedicina, pudiéndose emplear en la mejora de tratamientos y terapias en medicina reconstructiva y medicina regenerativa, en el desarrollo de productos derivados de la ingeniería de tejidos como injertos, implantes o prótesis entre otros para animales, incluyendo dentro de estos al ser humano.

La presente invención está particularmente indicada para su aplicación en las intervenciones reconstructivas de cirugía ortopédica y traumatología, en cirugía cervical y también en cirugía oral y maxilofacial, para su aplicación en terapias celulares destinadas a la regeneración tisular y a la curación de enfermedades del tejido esquelético (cartilaginoso y óseo) y para su aplicación en la industria farmacéutica, en el estudio del perfil tóxico o terapéutico de moléculas o agentes biológicos susceptibles de ensayo como productos farmacéuticos entre otras muchas aplicaciones.

Estado de la técnica

La ingeniería de tejidos ó ingeniería tisular tiene como objetivo la construcción ex vivo de tejidos biológicos (artificiales) a partir de células, moléculas y materiales biocompatibles y su utilización médica. Se trata de un campo multidisciplinar que combina aspectos y conocimientos de medicina, farmacología, nanotecnología, ciencia de los materiales, ingeniería y biología. El término ingeniería tisular fue acuñado en 1988 por los participantes en la primera reunión patrocinada por la Nacional Science Fundation (NSF) (M. S. Chapekar. Tissue Engineering: Challenges and Opportunities. J Biomed Mater Res: Appl Biomater 53 (2000) 617-620). En 1993 Langer y Vacanti (R. Langer, J. P. Vacanti. Tissue Engineering. Science 260 (5110) (1993) 920-926) resumieron los primeros avances en este campo definiendo la ingeniería de tejidos como: un "Campo interdisciplinar que engloba principios de ingeniería y de ciencias de la vida para el desarrollo de sustitutos biológicos que mantengan o restablezcan la función de los tejidos o de los órganos". En 2001 El Comité Científico para Productos Medicinales y Dispositivos Médicos (SCMPMD) de la Comisión Europea DG SANCO estableció la siguiente definición: "Ingeniería de tejidos es la regeneración de tejidos biológicos mediante el uso de células con la ayuda de estructuras soporte y/o biomoléculas" (A.K. Bock, D. Ibarreta, E. Rodriguez-Cerezo. Human tissue - engineered products - Today's markets and future prospects. Synthesis Report. Report EUR 21000 EN. Seville: Institute for Prospective Technological Studies, 2003. Based on studies conducted by B. Hüsing, B. Bührlen, S. Gaisser, J. Senker, S. Mandi, C.J. Kirkpatrick). En la última década el desarrollo de la ingeniería tisular ha sido espectacular y la construcción de tejidos para su uso en medicina empieza a configurarse como una línea de investigación fundamental y una actividad industrial de primera magnitud. Como muestra de esto, cabe señalar que existen estudios que estiman que las cifras anuales de ventas a nivel mundial para los productos obtenidos mediante ingeniería de tejidos se sitúan en torno a los 60 millones de euros (A.K. BocK, D. Ibarreta, E. Rodríguez-Cerezo. Human tissue - engineered products - Today's markets and future prospects. Synthesis Report. Report EUR 21000 EN. Seville: Institute for Prospective Technological Studies, 2003. Based on studies conducted by B. Hüsing, B. Bührlen, S. Gaisser, J. Senker, S. Mandi, C.J. Kirkpatrick). En un informe más reciente, únicamente para el mercado estadounidense, se barajan cifras en torno a los 1,3 billones de dólares para 2007, (A.K. Bock, E.B. Rodriguez-Cerezo, B. Hüsing, B. Bührlen, M. Nusser. Human tissue- engineered products: potential socio-economic impacts of a new european regulatory framework for authorisation, supervision and vigilance. Synthesis Report. Report EUR 21838 EN. Seville: Institute for Prospective Technological Studies, 2005). A este desarrollo han contribuido entre otros factores las posibilidades científicas y tecnológicas derivadas de las células madre, tanto de origen embrionario, fetal como del adulto, ya que suponen un plus de posibilidades para la ingeniería tisular.

La ingeniería de tejidos marca una transición o un cambio de paradigma entre una medicina que sustituye o alivia los síntomas utilizando prótesis e implantes biocompatibles y mecánicamente estables (prótesis de articulaciones: cadera rodilla, hombro; dispositivos de fijación: tornillos, placas, agujas, cementos óseos, implantes dentales, marcapasos, válvulas, stents coronarios, catéteres, etc.) fabricados con materiales metálicos, cerámicos, poliméricos o materiales compuestos, y una medicina regenerativa que fomenta la capacidad del cuerpo de curarse a sí mismo mediante la utilización de implantes (constructos) en los que las células, autólogas o heterólogas, constituyen el elemento fundamental (J.P. Vacanti, R. Langer. Tissue engineering: the design and fabrication of living replacement devices for surgical reconstruction and transplantation. Lancet 354 (suppl I) (1999) 32-34) (S.N. Parikh. Bone graft substitutes: past, present, future. Journal of Postgraduate Medicine 48(2) (2002)142-148) (M. Sittinger, D.W. Hutmacher, M. V. Risbud. Current strategies for cell delivery in cartilage and bone regeneration. Current Opinion in Biotechnology 15 (2004) 411-418). El desarrollo de estos nuevos implantes está sirviendo para paliar muchos de los problemas producidos por las prótesis y otros materiales que se usan actualmente como los problemas de estabilidad en la superficie debido a las interacciones de estos con los tejidos humanos y los fluidos fisiológicos con los que se encuentra en contacto la prótesis o el material. A veces no existe una congruencia biomecánica entre el implante y el tejido en el que se aplica, o se producen micropartículas por fricción y desgaste de los componentes de las prótesis en las articulaciones. Por otro lado las prótesis y otros materiales actuales, no poseen la capacidad de autoreparación o autoregeneración que tienen los tejidos naturales. Además, no existe la posibilidad de regular su respuesta biológica y biomecánica de acuerdo con los requerimientos del organismo en cada momento, pudiéndose producir infecciones, irritaciones crónicas, oclusiones y obstrucciones de los dispositivos vasculares o la necesidad de recurrir a terapias anticoagulantes (S.P. Hoerstrup, L. Lu, M.J. Lysaght, A.G. Mikos, D. Rein, F.J. Schoen, J.S. Temenoff, J.K. Tessmar, J.P. Vacanti. Tissue engineering. In: B.D. Ratner, A.S. Hoffman, F.J. Schoen, J.E. Lemons, editors. Biomaterials science: An introduction to materials in medicine 2^nd edition. Elsevier Academic Press, San Diego, California; 2004. p. 709).

Como solución a los problemas que presentan las prótesis y demás materiales que se emplean, en la actualidad se trabaja en la síntesis de nuevos tejidos artificiales. Para construir estos nuevos tejidos artificiales, se utilizan tres componentes: células, materiales soporte (también denominados biomateriales, que hacen la función de la matriz extracelular, el medio en el que se encuentran las células, producido y controlado por ellas mismas) y señales moleculares (moléculas) de distinta naturaleza. Estos nuevos materiales se denominan constructos (son estructuras formadas por los tres componentes necesarios para configurar un tejido artificial y la arquitectura que adoptan en relación con su ubicación en el organismo) (A. Campos. Cuerpo, histología y medicina. De la descripción microscópica a la ingeniería tisular. Real Academia Nacional de Medicina. Documento publicado en el Diariomedico.com el 19 de Febrero de 2004). Para su elaboración se emplea la combinación de células por un lado y de un material soporte o matriz por otro. Además pueden añadirse biomoléculas para modificar sus propiedades. Los materiales soporte son los denominados biomateriales, matrices, armazones, andamiajes tisulares o scaffold.

Como acaba de explicarse, para poder obtener un constructo en primer lugar necesitamos células. El desarrollo de la ingeniería tisular exige la elección y aplicación de uno o varios tipos celulares específicos que permitan el aislamiento y manipulación de un número...

1. Constructo útil para terapia de regeneración de tejido caracterizado porque comprende uno o más tipos de células vivas cultivadas formando estructuras tridimensionales complejas en un biomaterial, del tipo sílice mesoestructurada, SBA-15.

2. Constructo según la reivindicación 1 caracterizado porque el biomaterial consiste en un biomaterial compuesto formado por una matriz de sílice del tipo SBA-15 sobre el que se crecen nanopartículas de hidroxiapatito de calcio, HA-SBA-15.

3. Constructo según la reivindicación 1 caracterizado porque el biomaterial consiste en una mezcla de SBA-15 y HA-SBA-15.

4. Constructo según las reivindicaciones 1 a la 3 caracterizado porque las células vivas que se emplean son células animales, como células mesenquimales, incluyendo células diferenciadas, progenitores o células madre de origen tisular del adulto, o células madre no humanas de origen fetal o embrionario.

5. Constructo según las reivindicaciones 1 a la 4 caracterizado porque las células vivas provienen del propio paciente, autólogas, o de un donante, heterólogas, que puede ser de la misma especie, alogénicas, o de otra especie, xenogénicas.

6. Constructo según las reivindicaciones 1 a la 5 caracterizado porque las células vivas empleadas son capaces de proliferar y diferenciarse en linajes específicos, al ser tratadas con los factores y biomoléculas adecuadas.

7. Constructo según las reivindicaciones 1 a la 5 caracterizado porque las células vivas empleadas pertenecen al siguiente grupo: osteoblastos, fibroblastos, condroblastos y células mesenquimales.

8. Constructo según las reivindicaciones 1 a la 7 caracterizado porque el biomaterial está dopado con biomoléculas y/o elementos químicos como Mg, Mn, Zn o Sr, entre otros, para mejorar sus propiedades biológicas, físicas, químicas, terapéuticas o de seguimiento radiológico.

9. Constructo según las reivindicaciones 1 a la 8 caracterizado porque el biomaterial está funcionalizado con moléculas orgánicas para modificar sus propiedades físicas, químicas y biológicas, como la capacidad de adsorción de dicho material.

10. Constructo según las reivindicaciones 1 a la 9 caracterizado porque el biomaterial presenta la adsorción de moléculas con actividad biológica, naturales o sintéticas y/o agentes terapéuticos en la que al menos uno pertenece al grupo de los factores de crecimiento, factores de crecimiento angiogénicos, agentes antitrombogénicos, vasodilatadores agentes antimicrobianos, antibióticos, antimicóticos, antivirales, anticancerígenos, anti-inflamatorios, inmunosupresores, hormonas de crecimiento, hormonas, agentes radioterapéuticos, péptidos, proteínas, enzimas, componentes de la matriz extracelular naturales o sintéticos, agentes para terapia génica entre otros.

11. Constructo según las reivindicaciones 1 a la 10 caracterizado porque el constructo comprende, como cultivo complementario a las células propiamente reparadoras, células endoteliales y/o factores de crecimiento angiogénicos, capaces de inducir angiogénesis y desarrollar constructos de gran tamaño y tridimensionales.

12. Uso del biomaterial tipo sílice mesoestructurada, SBA-15, y/o del biomaterial compuesto formado por una matriz de sílice del tipo SBA-15 sobre el que se crecen nanopartículas de hidroxiapatito de calcio, HA-SBA-15, como soporte en la elaboración de un constructo según las reivindicaciones 1 a la 11.

13. Uso del biomaterial según la reivindicación 12 caracterizado porque la elaboración del constructo se lleva a cabo en un bioreactores u otro dispositivo de cultivo celular.

14. Uso del constructo según las reivindicaciones 1 a la 11 en la elaboración de un implante tisular útil para la regeneración y reparación de tejidos en animales, incluidos los seres humanos.

15. Uso del constructo según la reivindicación 14 caracterizado porque se utilizan conjuntamente con otras medidas terapéuticas, como material de interposición entre prótesis artificiales y el tejido del huésped a regenerar.

16. Uso del constructo según las reivindicaciones 14 y 15 caracterizado porque el tejido a reparar pertenece al siguiente grupo: tejidos musculoesqueléticos como hueso y cartílago, incluidos los tejidos periodontales, y porque se usan en intervenciones y cirugías reparadoras, reconstructivas y regenerativas, cirugía ortopédica y traumatología, cirugía vertebral, cirugía oral y maxilofacial, cirugías correctoras, cirugía plástica y estética, en intervenciones para el tratamiento de artritis, osteoartritis, artritis reumatoidea, artrosis, osteoporosis, enfermedades raras como osteogénesis imperfecta o craneosintosis, pérdidas de hueso por fractura, pérdidas de tejido óseo o osteocartilaginoso por extirpación de tumores; en cirugías de mínima invasión, como las técnicas de vertebroplastia y kyphoplastia, que se utilizan en cirugía vertebral; cirugía para problemas de escoliosis, en la infiltración de hueso osteoporótico; en el tratamiento de anomalías peridontales y/o en tratamientos de terapia génica entre otras aplicaciones.

17. Uso del constructo según las reivindicaciones 1 a la 11 en la elaboración de un vehículo para transportar, almacenar y liberar moléculas bioactivas y/o agentes para la terapia génica in situ en tejidos animales incluyendo los humanos.

18. Uso del constructo según las reivindicaciones 1 a la 11 en un procedimiento de análisis toxicológico in vitro en la industria farmacéutica.

19. Uso del constructo según las reivindicaciones 1 a la 11 en un procedimiento de estudio terapéutico in vitro en la industria farmacéutica.

20. Uso del constructo según las reivindicaciones 1 a la 11 en un procedimiento de análisis de citotoxicidad de distintos agentes contaminantes ambientales y/o nanopartículas entre otros.

21. Uso del constructo según las reivindicaciones 1 a la 11 caracterizado porque los biomateriales pueden consolidarse en piezas con distintas características, como molotitos con porosidad variable o estructuras celulares, mediante técnicas de procesado.