La Universidad de Jaén, junto con las Universidades de Granada, de Oviedo, Nacional de Colombia y el Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra (IACT) del CSIC y el Servicio Andaluz de Salud, participan en un estudio que desvela las propiedades beneficiosas de la membrana de la cáscara de huevo como material para la regeneración ósea.
La membrana del huevo es un material biopolimérico singular, formado por fibras de colágeno tipo I, V y X, y recubiertas de proteínas de la clara, proteínas de la matriz de cáscara y carbohidratos como glucosaminoglicanos y ácido hialurónico. En su cara externa, la membrana presenta además unas estructuras denominadas mamilas, compuestas de proteoglicanos, unas moléculas especializadas que actúan como centros de nucleación de carbonato cálcico, el componente mineral de la cáscara. La composición y función de las caras externa e interna de la membrana son diferentes. Mientras la cara externa promueve la nucleación de carbonato cálcico y por tanto la formación de la cáscara, la cara interna, que está en contacto con la yema y la clara, inhibe la formación del mineral. Las aves aprovechan este doble rol de la membrana para formar el resistente material de cáscara de huevo, una coraza de carbonato cálcico que protege al embrión de agresiones externas y al mismo tiempo le permite eclosionar fácilmente desde su interior.
Esta dualidad ha demostrado ser una característica prometedora, explotada en este trabajo para el desarrollo de un material biohíbrido para futuras aplicaciones en regeneración ósea guiada y recubrimiento pulpar.
La regeneración ósea guiada es una técnica ampliamente usada en Odontología para promover la regeneración de hueso mandibular, por ejemplo, en maxilares, antes de proceder a colocar un implante, y la reparación de defectos óseos. Para ello, se usan pequeñas membranas fabricadas con polímeros reabsorbibles naturales (colágeno, quitosano, gelatina, etc.) o sintéticos (ácido poliláctico -PLA, ácido poliglicólico -PGL- y sus copolímeros), y además un injerto óseo o material regenerador como un fosfato de calcio. El papel de estas membranas es actuar como barrera física entre el tejido óseo y el tejido gingival circundante, de manera que evite la invasión de células desde el tejido gingival a la zona del injerto óseo y sirva además como soporte para la formación de hueso nuevo. A su vez se requiere que sean reabsorbibles para evitar una segunda cirugía.
El biomaterial desarrollado en este trabajo consta de una membrana de cáscara de huevo de gallina ponedora común, recubierta en su cara externa por fosfatos de calcio nanocristalinos de la fase apatito, preservando su cara interna sin mineralizar. “Para ello hemos usado una técnica de cristalización innovadora denominada ‘cristalización por difusión de vapor’, que persigue la precipitación de apatito nanocristalino con características similares al apatito del hueso que se pretende regenerar. El biomaterial obtenido es pues bifuncional, osteoinductor en la cara externa, y barrera frente a la invasión celular en la cara interna, pudiendo sustituir a los actuales materiales empleados en regeneración ósea guiada, es decir, la suma de una membrana más un injerto óseo. La membrana en su cara externa es, por ende, afín a los tejidos mineralizados y en su cara interna afín a los tejidos blandos. La membrana es, asimismo, reabsorbible”, indica Jaime Gómez Morales, del Laboratorio de Estudios Cristalográficos del IACT e investigador principal del estudio.
Los estudios in vitro han confirmado que el material de membrana de huevo recubierto con apatito tiene propiedades mecánicas mejoradas respecto a la propia membrana, biocompatibilidad y capacidad de estimular el crecimiento y desarrollo de células formadoras de hueso, incluyendo la diferenciación ósea de células madre mesenquimales. “El material ha demostrado ser biocompatible con las células madre mesenquimales humanas, lo cual es una de las propiedades más críticas para ser considerado más a fondo para aplicaciones de ingeniería de tejidos. Por lo que estos estudios desarrollados in vitro deben de seguir siendo investigados in vivo para comprobar que no presentan toxicidad o reacciones adversas en el organismo y avanzar en la investigación del mismo” explica Elena López Ruiz, investigadora de la Universidad de Jaén.
“Este material podría ser también utilizado para la regeneración de lesiones de otros huesos del cuerpo”, afirma Juan Antonio Marchal Corrales, director del Laboratorio Singular en Biofabricación y (bio)impresión 3D (BioFab i3D) de la UGR. “De nuestra invención, además de la regeneración ósea guiada, sugerimos otra aplicación como es el recubrimiento de la pulpa dental. En el caso de la regeneración pulpar, el biomaterial de membrana recubre una exposición accidental de la pulpa dental, con el objetivo de preservar la vitalidad del diente. En la actualidad, los materiales utilizados para el recubrimiento pulpar están compuestos a base de hidróxido de calcio, silicatos de calcio y resinas compuestas, presentando limitaciones en su aplicación clínica debido a su incompatibilidad composicional con los tejidos dentales. Nuestro material, en cambio, contiene fosfatos de calcio, que son los mismos componentes presentes en los tejidos dentales, como la dentina o el esmalte. Esto lo convierte en una opción prometedora y compatible para la regeneración pulpar”, explica Jaime Gómez Morales. “Gracias a estos resultados positivos, estamos comprometidos con la optimización de sus propiedades, de manera que pueda contribuir sustancialmente en campos médicos tales como la Traumatología y Odontología regenerativa”, afirma Juan Antonio Marchal.
Reconocimiento
Este trabajo ha sido galardonado con el Premio de Investigación del Instituto Español de Estudios del Huevo (2023), una asociación sin ánimo de lucro creada para fomentar la investigación relacionada con el huevo en España y la divulgación sobre su interés como alimento y su adecuado manejo. La Comisión Delegada del Consejo Asesor del Instituto de Estudios del Huevo se reunió el pasado 11 de julio de 2023 para fallar la concesión del Premio a la Investigación de este año y la dotación de 12.000 euros.
Tras debatir y conocer el voto de sus miembros, acordó conceder dicho premio a este trabajo titulado “Membrana de cáscara de huevo con capa externa recubierta de apatito: un nuevo compuesto biohíbrido osteoinductor para la regeneración guiada de hueso/tejido”. La entrega de premios se celebró el 10 de octubre, en su XXVII edición, en el Círculo de bellas Artes de Madrid, en el acto de celebración del Día Mundial del Huevo.
Además, los resultados de esta investigación han dado lugar la publicación en la prestigiosa revista Biomaterials Advances y el registro de la patente PCT/ES2023/070274.
Los investigadores e investigadoras que han participado en este estudio son: Adriana Torres Mansilla (Departamento Geología Universidad de Oviedo); Pedro Álvarez Lloret (Departamento Geología Universidad de Oviedo); Ana Voltes Martínez (BioFab i3D, Centro de Investigación Biomédica de Granada, Universidad de Granada y Servicio Andaluz de Salud); Elena López Ruiz (Departamento de Ciencias de la Salud, Universidad de Jaén); Paula Alejandra Baldión Elorza (Departamento de Salud Oral, Facultad de Odontología, Universidad Nacional de Colombia, Bogota); Juan Antonio Marchal Corrales (BioFab i3D, Centro de Investigación Biomédica de la Universidad de Granada) y Jaime Gómez Morales (Laboratorio de Estudios Cristalográficos del Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra e investigador principal de este estudio).
El estudio cuenta con la financiación: BIOSCAFFOLD, ref. PGC2018- 102047-B-I00 (MCIU/AEI/FEDER/UE). Fundación Mutua Madrileña, el Instituto de salud Carlos III, la Consejería de Economía y Universidad, Junta de Andalucía (PYC20 RE 015 UGR; P20_00208 of 2020) y el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación de Colombia.
