Lectura tesi doctoral: Mar Bonany
"Nanotechnology-based Approaches for Bone Tissue Engineering"
Tesi realitzada per Maria Bonany, investigadora del grup Tecnologies mèdiques: Biomaterials i Enginyeria de Teixits de l'Institut de Recerca Sant Joan de Déu i Biomaterials, Biomechanics & Tissue Engineering Research Group del CREB-UPC. La tesi ha estat dirigida per les Dres. Maria Pau Ginebra Molins i Montserrat Español Pons.
Nota pels assistents virtuals: cal tenir el micròfon i el vídeo tancats durant tota la defensa, quan el tribunal ho permeti després de la qualificació, podreu obrir-los i tindreu a la vostra disposició la sessió oberta per interactuar amb la ponent.
Sobre la tesi
En els últims anys s'han fet un gran esforç de recerca en el camp de l'enginyeria de teixits per tal de superar les limitacions de regeneració òssia del cos humà, això com per tractar patologies relacionades amb l'os com és l'osteosarcoma. La nanotecnologia ofereix múltiples maneres de millorar la regeneració òssia i de lluitar contra el càncer d'os, gràcies a l'ús de nanopartícules d'hidroxiapatita (NPs HA) i a través del disseny de molècules orgàniques molt petites amb capacitat per desencadenar reaccions biològiques específiques. En aquesta tesi, s'estudia la implementació d'aquestes molècules en la teràpia anti-càncer i en el camp de la regeneració òssia, així com la seva interacció amb els sistemes biològics. El Capítol 1 ofereix una perspectiva general del tema i introdueix l'estat de l'art amb les estratègies pel tractament del càncer d'os i la regeneració òssia més comunes reportades en la literatura. En el Capítol 2 s'explora l'ús de les nanopartícules d'hidroxiapatita com a teràpia pel càncer d'os amb la intenció d'investigar-ne el mecanisme de citotoxicitat subjacent. A més, les tècniques més utilitzades per a l'estudi de la internalització cel·lular d'aquests materials es comparen amb alternatives de caracterització més innovadores. D'aquesta manera, la implementació de la crio-tomografia de raigs X tous es presenta com a una eina clau pel seguiment i monitorització del destí d'aquestes NPs internalitzades, ja que permet la visualització de dipòsits de calci en estat sòlid i líquid, que deriven de la dissolució del nanomaterial. En el Capítol 3 s'investiga l'ús de microesferes (MS) de gelatina com a portadores de NPs HA per a regeneració òssia. S'estudia el dopatge iònic de les NPs amb Mg2+, Zn2+ i Sr2+, que són ions molt implicats en el procés de remodelació òssia, i es quantifica la seva cinètica d'alliberació en medi de cultiu cel·lular. Tot i que hi ha processos de dissolució i precipitació simultanis, les MS demostren ser un mètode efectiu per alliberar els ions terapèutics carregats. El Capítol 4 i el Capítol 5 es centren en el disseny de biotintes en el camp de l'enginyeria de teixits ossis. S'escull l'alginat com a matriu, donat el seu procés d'entrecreuament simple i suau per a les cèl·lules, així com per la seva alta capacitat de modificació i les seves propietats reològiques. Es proposen dues estratègies diferents per a solucionar la falta de bioactivitat d'aquest polímer, i donar així funcionalitats biològiques a les cèl·lules incorporades a les biotintes. En el Capítol 4 s'estudia la incorporació de diferents tipus de MS (gelatina, gelatina amb NPs HA, i HA deficient en calci) per a la formulació d'aquestes biotintes. També es comparen dos protocols d'entrecreuament. Tant la incorporació de MS com l'entrecreuament usant medi de cultiu suplementat amb Ca2+ resulten en un increment en la rigidesa de les biotintes. També s'aprecia com la capacitat de migració de les cèl·lules cap a les MS en la formulació de les biotintes afecta el comportament cel·lular. En el cas de les tintes carregades amb MS que contenen gelatina, s'observa una promoció de la migració, adhesió i proliferació cel·lular dins les biotintes. D'altra banda, tot i la major capacitat de diferenciació osteogènica de les MS minerals quan les cèl·lules s'hi sembren a sobre, aquests altres fenòmens no s'hi veuen. Finalment, en el Capítol 5 s'explora l'ús de dos peptidomimètics amb activitat selectiva per a les integrines a5ß1 i avß3, que s'han vist molt implicades en la ruta osteogènica. El polímer d'alginat es funcionalitza amb aquestes molècules abans de preparar-ne biotintes. L'aplicació d'aquests dos lligands no peptídics resulta en una millor diferenciació osteogènica de les cèl·lules mare mesenquimals incorporades en les biotintes. A part, aquest estímul de l'osteodiferenciació és més important que en els hidrogels