Propiedades del magnesio con colágeno

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colágeno con magnesio y vitamina c

IntroducciónExiste un creciente interés por las aleaciones basadas en magnesio (Mg) como dispositivos médicos ortopédicos implantables debido a su biodegradabilidad y buena biocompatibilidad [1]-[11]. En comparación con otros biomateriales metálicos, como el acero inoxidable, las aleaciones de titanio y las aleaciones de cobalto-cromo, las aleaciones de Mg presentan varias ventajas para su aplicación ortopédica. En primer lugar, sus propiedades físicas y mecánicas, como la densidad (1,74-2,0 g/cm3), el módulo elástico (41-45 GPa) y el límite elástico de compresión (65-100 MPa), son mucho más parecidas a las del hueso natural y, por tanto, pueden evitar el efecto de blindaje de la tensión [12]-[14]. En segundo lugar, el Mg es un elemento esencial para muchas actividades biológicas, como la reacción enzimática, la formación de apatita y la adsorción de células óseas [15]. En tercer lugar, las aleaciones de Mg pueden eliminar la necesidad de una segunda cirugía para retirar los implantes óseos permanentes.

Estudios anteriores demostraron que las aleaciones de Mg biodegradables mejoran la resistencia del implante óseo y la osteointegración en comparación con las aleaciones de titanio [2], [32]. Con el aumento de las aplicaciones ortopédicas de las aleaciones de Mg, hay una necesidad urgente de llenar ese vacío para entender cómo las moléculas de colágeno interactúan con la fase metálica sólida en la interfaz, así como la posterior fijación celular. Evaluar la interacción entre el colágeno y el implante de Mg in vivo podría ser muy difícil actualmente debido a la complejidad del sistema biológico. Por ello, se ha desarrollado un modelo in vitro para estudiar la adsorción del colágeno de tipo I, su ensamblaje y la adhesión de los osteoblastos a diferentes materiales de Mg.

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La matriz extracelular ósea (MEC) consiste en una nanoestructura autoensamblada de proteínas (principalmente colágeno tipo I) y nanocristales de hidroxiapatita (HA) poco cristalinos que rodea y afecta a la adhesión, proliferación y diferenciación de las células madre mesenquimales a través de procesos físico-químicos[1]. Para intentar orquestar el entorno óseo in vivo, proponemos la biomineralización de un péptido de colágeno sintético (SCP, fabricado como CellnestTM por FUJIFILM Europe B.V.). Además, inspirados en la composición no estequiométrica de la apatita ósea, se introduce magnesio (Mg) durante el proceso de mineralización. El Mg controla el proceso de cristalización de la HA y puede estimular la proliferación de los osteoblastos[2] e inhibir la adhesión bacteriana[3]. Las variaciones en las características morfológicas y químicas del AH relacionadas con el efecto del SCP y el Mg durante la mineralización afectan a la nanotopografía de la superficie y, en consecuencia, a las propiedades micro y macroscópicas del andamio interfacial, con gran relevancia en la interacción celular.

La mineralización del péptido sintético similar al colágeno (SCP) se llevó a cabo mediante un proceso de neutralización[4] en ausencia (SCP-HA) y en presencia de magnesio (SCP-MgHA).    El efecto del SCP y del Mg en la cristalización de la HA se evaluó mediante la caracterización morfológica por difracción de polvo de rayos X (patrones analizados por el análisis de función de Debye[5]) y microscopía electrónica de transmisión (TEM). El análisis químico se realizó mediante espectroscopia Raman, espectrometría de emisión óptica por plasma acoplado inductivamente (ICP-OES) y análisis termogravimétrico. A continuación, la solución mineralizada se liofilizó directamente para el desarrollo de andamios 3D porosos. A continuación, los andamios se reticulan químicamente para garantizar su estabilidad para aplicaciones biomédicas a largo plazo. La topografía de la superficie de los andamios se evaluó mediante microscopía de fuerza atómica de alta resolución (HR-AFM). También se evaluó la respuesta biológica de la línea celular MC3T3-E1 a los andamios.

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Los materiales compuestos a base de colágeno reforzados con diferentes cerámicas biodegradables parecen ser una categoría importante de biomateriales utilizados para la curación de defectos óseos. En este estudio, presentamos los resultados relativos a la obtención y caracterización de algunas nuevas composiciones para los materiales compuestos a base de colágeno reforzados con una cerámica biodegradable y polvo de magnesio. Los biocomposites experimentales se prepararon mediante la liofilización durante 48 horas de geles de colágeno con diferentes proporciones de peso (1%, 3% y 5% en peso) de polvo de magnesio (codificados: M1, M2, M3), fosfato β-tricálcico /β-TCP (codificados: T1, T2, T3) y una mezcla Mg+10%β-TCP (codificados: MT1, MT2, MT3) y reticulados con glutaraldehído. En este trabajo se describe la influencia del polvo de magnesio utilizado como material de refuerzo en la estructura y propiedades de los composites basados en colágeno. Con el fin de encontrar las propiedades adecuadas de estos composites para su uso en el cuerpo humano hemos realizado diferentes mediciones: porosidad, absorción de agua y ensayo de degradación in vitro utilizando