Biomaterial con osteostatina para regeneración ósea e ingeniería tisular.

La presente invención se refiere a biocerámicas bioactivas para la liberación local y controlada del pentapéptido formado por la secuencia de aminoácidos 107 a 111 (TRSAW) de la proteína relacionada con la parathormona, péptido conocido como osteostatina, e incluye los métodos utilizados para conseguir la unión del pentapéptido a la biocerámica por unión covalente o por adsorción. La inmovilización de PTHrP (107-111) en biocerámicas bioactivas permite la liberación controlada de este péptido y/o su exposición local, lo que confiere a los sistemas biocerámica bioactiva-PTHrP (107-111) capacidad osteoinductora y de osteointegración.

Biomaterial con osteostatina para regeneración ósea e ingeniería tisular.

Sector de la técnica

La presente invención se encuadra en el campo técnico de fabricación de materiales osteoinductores para regeneración ósea e ingeniería tisular. De manera más concreta, la invención se refiere a la síntesis de biomateriales osteoinductores formados por una biocerámica bioactiva en la que se inmoviliza un péptido con propiedades que impulsan la osteogénesis, lo que da lugar a un producto con propiedades osteoformadoras. La molécula inmovilizada es el pentapéptido formado por la secuencia de aminoácidos 107 a 111 (Treonina-Arginina-Serina-Alanina-Triptófano, TRSAW) de la proteína relacionada con la parathormona (PTHrP), pentapéptido también conocido como osteostatina. Como matriz en la que se va a inmovilizar y liberar la PTHrP (107-111), se utilizan las biocerámicas bioactivas. El resultado de la invención es susceptible de utilizarse en aplicaciones clínicas que requieran biomateriales para promover regeneración ósea y osteointegración, como los defectos óseos producidos por la extracción quirúrgica de tumores o quistes, y traumatismos en situación normal u osteopénica.

Estado de la técnica

La reparación del daño óseo, a diferencia de lo que ocurre en la mayoría de los órganos que tras un daño desarrollan una cicatrización fibrosa como paso previo a su normalización de aspecto y función, implica la formación de un nuevo tejido óseo, indistinguible del sano, a través de un proceso que remeda al desarrollo óseo embrionario (Deschaseaux y cols. Trends Mol Med, 2009. 15:417-29). Sin embargo, existen situaciones de daño osteoarticular con frecuencia irreversible, tales como las fracturas (sobre todo en presencia de osteopenia/osteoporosis), que justifican una demanda cada vez mayor de herramientas de ingeniería tisular para acelerar la regeneración ósea. Entre ellas, se han utilizado a este respecto una variedad de factores de crecimiento, aunque ninguno ideal (Ohba y cols. IBMS BoneKEy 2009; 6:405-19).

La PTHrP y su receptor, el receptor de PTH tipo 1 (PTHR1), se expresan en los condrocitos y en los osteoblastos; este sistema ejerce un importante papel modulador de la formación ósea en el feto y en el adulto (Bisello y cols. Endocrinology 2004; 145: 3551-3). La administración intermitente del fragmento N-terminal 1-36 de la PTHrP, que interacciona con el PTHR1 en los osteoblastos, aumenta la masa ósea actuando sobre la formación ósea en situación de depleción estrogénica tanto en animales como en humanos (Stewart y cols. J Bone Miner Res 2000; 15:1517-25; Horwitz y cols. J Clin Endocrinol Metab 2003; 88:569-75; Horwitz y cols. J Clin Endocrinol Metab 2010; 95:1279-87).

Por otra parte, estudios in vitro e in vivo han demostrado que el fragmento C-terminal 107-139 de la PTHrP, que puede generarse in vivo por rotura proteolítica de la proteína intacta, posee una potente acción antiresortiva atribuida a su epítopo N-terminal 107-111 -formado por la secuencia de aminoácidos Treonina-Arginina-Serina-Alanina-Triptófano (TRSAW) en humano y roedores, conocida como osteostatina- a través de sus efectos directos sobre la formación y la actividad de los osteoclastos (Fenton y cols. Endocrinology 1991; 129: 1762-8; Cornish y cols. Endocrinology 1997; 38:1299-304). De ahí que se haya propuesto la utilización del péptido TRSAW en el tratamiento de patologías en las que está indicada la inhibición de la resorción ósea (ES2135398T3).

Un estudio inicial en ratas ovariectomizadas para determinar la relación entre su efecto antiresortivo y una posible acción que impulsa la osteogénesis de este fragmento C-terminal de la PTHrP condujo a resultados no concluyentes (Rouffet y cols. Reprod Nutr Dev 1994; 34:473-81). Sin embargo, recientemente, se ha demostrado que ratones con deleción de ambas regiones, media y C-terminal, de la PTHrP presentan osteoporosis y una disminución de la formación ósea (Miao y cols. Proc Natl Acad Sci U S A. 2008; 105: 20309-14). Además, en un estudio reciente, se ha demostrado que la administración subcutánea cada 2 días, durante 2 semanas, del fragmento nativo PTHrP (107-139), de modo similar a la del fragmento N-terminal PTHrP (1-36), revierte los efectos deletéreos de la 3-metylprednisolona y de la diabetes mellitus tipo 1 sobre la regeneración ósea tras la ablación medular en ratones [Lozano y cols. Endocrinology 2009; 150:2027-2035; Fernández de Castro y cols. Tissue Eng Part A. 2009 Oct 27. [Epub ahead of print] PMID: 19860552; Lozano y cols. Bone 44 (Suppl. 2):S355, 2009]. Por otra parte, la mayoría de los datos obtenidos in vitro en cultivos de células osteoblásticas indican que la PTHrP (107-139) y la osteostatina incrementan el crecimiento y la viabilidad así como la diferenciación de los osteoblastos (Valín y cols. Endocrinology 2001; 142: 2752-9; Guillén y cols. J Biol Chem 2002; 277:28109-17; de Gortázar y cols. Calcif Tissue Int 2006; 79:360-9; Alonso y cols. J Cell Physiol 2008; 217:717-27; Lozano y cols. Acta Biomater. 2010; 6: 797-803). Aunque el receptor mediador de los efectos de la PTHrP (107-111) en los osteoblastos es aún desconocido, este péptido parece interaccionar con el receptor del factor vascular del endotelio tipo 2 (de Gortázar y cols. Calcif Tissue Int 2006; Alonso y cols. J Cell Physiol 2008).

Los hallazgos expuestos demuestran las propiedades que impulsan la osteogénesis de la PTHrP (107-139) a través de su epítopo 107-111 por interacción con los osteoblastos. Estas observaciones abren nuevas aproximaciones experimentales en ingeniería tisular para promover la reparación ósea.

Descripción de la invención

La presente invención se refiere a biocerámicas capaces de interaccionar con el tejido óseo cuando se implantan, es decir bioactivas, en las que se inmoviliza el péptido correspondiente a la secuencia 107-111 (TRSAW) (caracterizado por SEQ ID NO: 2) de la proteína relacionada con la parathormona (PTHrP) (caracterizada por SEQ ID NO: 1).

La proteína PTHrP se ha descrito en diferentes especies animales entre las que se encuentran varios mamíferos, incluida la especie humana. Se trata de una proteína muy conservada y, en mamíferos, el péptido TRSAW se mantiene en la misma posición, es decir, la secuencia 107-111 de la PTHrP (Figura 2). En la presente invención se han utilizado como modelos la PTHrP humana (SEQ ID NO: 1) y el péptido PTHrP (107-111) (SEQ ID NO: 2) humano en representación de la proteína y el péptido de los animales mamíferos.

En esta invención se entiende por "biocerámicas bioactivas in vivo" aquellas cerámicas que, cuando se implantan en tejido vivo, inducen la formación de una unión mecánicamente fuerte entre la biocerámica y el tejido circundante. Aunque para algunas biocerámicas con muy alta bioactividad, particularmente ciertos vidrios, se ha descrito su capacidad de unirse también a tejidos blandos, en general, el término "bioactividad" se aplica a aquellos materiales que son capaces de unirse al hueso, evitando la formación de una cápsula fibrosa, y es así como va a utilizarse en el ámbito de esta patente.

La bioactividad de una biocerámica puede evaluarse mediante medidas mecánicas, comprobando la fortaleza de la unión entre la biocerámica y el hueso, y por estudios histológicos, comprobando la ausencia de tejido fibroso interpuesto entre la biocerámica y el tejido óseo. Para definir el grado de bioactividad de una biocerámica bioactiva in vivo, se ha propuesto un índice de bioactividad, I_B, definido como I_B = 100/t_{0 . 5bb}, donde t_{0 . 5bb} es el tiempo necesario para que más del 50% de la superficie del implante se haya unido al hueso (Hench, in: Bioceramics. Materials Characteristics Versus In Vivo Behavior, Vol. 523, eds. P. Ducheyne et al Annals of New York Academy of Sciences, New York, 1988, p. 54). El material para el que se ha observado mayor índice de bioactividad es el Bioglass®45S5 con un I_B de 12,5, lo que significa que tras 8 días de implantación, más de la mitad del implante se ha unido al hueso. Para el resto de las biocerámicas bioactivas in vivo, como la hidroxiapatita o la vitrocerámica apatita/wollastonita, se necesita un mes para llegar a esa situación, por tanto, tienen un I_B en torno a 3. Las cerámicas no bioactivas como la alúmina o la circona tienen un I_B = 0 ya que nunca llegan a enlazarse al hueso.

Por otra parte, para agilizar el análisis... [Seguir leyendo]

1. Biomaterial que comprende: