Biomateriales – Grupo de Biomateriales

Oportunidad de Contrato Predoctoral

Biomateriales25 noviembre, 2024

Título del Proyecto: Regulacion y Control de Estres Oxidativo y Microambiente Inflamatorio con Biomateriales (PID2023-149301OB-I00)

Lugar de trabajo: Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros. Madrid. España.

Supervisores: Maria Rosa Aguilar de Armas y Luis Rojo del Olmo

Duración del contrato: 4 años, tiempo completo. (incluye una estancia internacional)

Salario bruto estimado: 1739€ /mes. 12 pagas.

Fecha prevista de incorporación: Marzo de 2025.

Fecha Límite de solicitud: 10 de diciembre 2024.

Requisitos obligatorios: Estar en posesión de la titulación necesaria (300 ETCS, Grado + Máster) para matricularse en un programa de Doctorado en Ciencias. Se valorará preferentemente formación y experiencia en Ciencias Químicas y Ciencias de Materiales Poliméricos pero se considerarán otras candidaturas con formación en Ciencia de materiales, biotecnología y/o farmacia.

Perfil buscado: Estamos buscando una persona motivada para unirse a un proyecto de investigación multidisciplinar con el objetivo de profundizar en el conocimiento de la regulación y control de estrés oxidativo y microambiente inflamatorio mediante el desarrollo de biomateriales. El doctorando recibirá formación específica para el correcto desarrollo del proyecto, ya que participará en muchas de sus etapas. En el Grupo de Biomateriales aprenderá herramientas de Química Orgánica y técnicas de caracterización necesarias para la síntesis y modificación de polímeros. Aprenderá a desarrollar polímeros anfifílicos para la síntesis microfluídica de nano/micropartículas de liberación controlada y su caracterización. Se familiarizará con los cultivos celulares y los procedimientos necesarios para los estudios de bioactividad in vitro de los materiales obtenidos. Podrá estar presente durante los ensayos con animales.

El doctorando se matriculará en un excelente programa de doctorado dentro de la Comunidad de Madrid. Además, realizará diversos cursos de formación universitaria y del CSIC, y cursos transversales para complementar la formación en áreas como herramientas para presentaciones efectivas, dominio del inglés, divulgación científica, etc. El estudiante también aprenderá a escribir publicaciones científicas, capítulos de libros, patentes y artículos de divulgación científica.

El Grupo de Biomateriales colabora con grupos de reconocido prestigio internacional en Europa, EEUU y Sudamérica, donde el doctorando podrá realizar estancias cortas. Estas estancias permitirán al estudiante obtener un doctorado internacional.

Como aplicar: Para obtener más información sobre esta oportunidad y detalles sobre cómo aplicar, por favor contacta a través del formulario: http://www.biomateriales.ictp.csic.es/es/contacto/

Encapsulación y funcionalización de medicamentos asistida por CO2 supercrítico en bioMOFs

Biomateriales7 noviembre, 2024

A pesar de las impresionantes características de los marcos orgánicos metálicos biológicos (bioMOFs) para su uso como sistemas de liberación de medicamentos (DDs), aún existen parámetros relacionados con su estabilidad estructural y sus rutas de procesamiento que han retrasado su aplicación realista en este campo. Ambos inconvenientes se resuelven en este trabajo para el bioMOF microporoso CaSyr-1, mediante el uso de CO2 supercrítico (scCO2) para cargar el bioMOF con el medicamento antituberculoso isoniazida (INH) y funcionalizar su superficie externa con una capa protectora hidrofóbica de estearato (S). El vehículo hidrofobizado CaSyr-1(INH)/S se recubre además con un surfactante neutro (PS60) para mejorar la humectabilidad del sistema. Se realizan pruebas in vitro, relacionadas con la biocompatibilidad del portador de medicamentos y la liberación del medicamento en fluidos simulados del cuerpo, para demostrar el potencial de los DDs diseñados en farmacia. El producto sintetizado mostró total biocompatibilidad incluso a altas concentraciones, y el tamaño de las partículas y la tasa de disolución resultaron adecuados para la administración pulmonar.

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1.
Rosado, A. et al. Supercritical CO2 assisted bioMOF drug encapsulation and functionalization for delivery with a synergetic therapeutic value. The Journal of Supercritical Fluids 106452 (2024) http://doi.org/10.1016/j.supflu.2024.106452. Cite

Análisis in vivo de hidrogeles híbridos que contienen combinaciones duales de factores de crecimiento y células madre esqueléticas bajo estimulación mecánica para la reparación ósea

Biomateriales11 octubre, 2024

La ingeniería de tejidos óseos requiere una combinación de materiales, células, factores de crecimiento y estímulos mecánicos para replicar la formación ósea. En este estudio, evaluamos hidrogeles híbridos para la formación ósea mínimamente invasiva, combinando biomateriales con células madre esqueléticas y la liberación secuencial de factores de crecimiento junto con mecanotransducción. Los hidrogeles híbridos, compuestos de alginato y matriz extracelular ósea descelularizada y desmineralizada (ALG/ECM), fueron sembrados con células estromales de médula ósea humana Stro-1+ (HBMSCs). Se añadieron combinaciones duales de factores de crecimiento dentro de micropartículas de ácido poliláctico-co-glicólico (PLGA) de liberación secuencial a los hidrogeles para imitar, en parte, los eventos de señalización en la regeneración ósea: VEGF, TGF-β3, PTHrP (liberación rápida), o BMP-2, vitamina D3 (liberación lenta). La mecanotransducción se inició utilizando campos magnéticos para activar de forma remota nanopartículas superparamagnéticas (MNP) dirigidas a los canales iónicos TREK1. Los hidrogeles híbridos se implantaron subcutáneamente en ratones durante 28 días, y se evaluaron para la formación ósea utilizando micro-CT e histología. Los hidrogeles de control que carecían de HBMSCs, factores de crecimiento o MNP se mineralizaron, y ni los factores de crecimiento, ni las HBMSCs, ni la mecanotransducción aumentaron la formación ósea. Sin embargo, las diferencias estructurales en el hueso recién formado fueron influenciadas por los factores de crecimiento. La liberación lenta de BMP-2 indujo trabéculas óseas gruesas, y PTHrP o VitD3 aumentaron la formación ósea. Sin embargo, la liberación rápida de TGF-β3 y VEGF resultó en trabéculas delgadas. La mecanotransducción revirtió el adelgazamiento trabecular y aumentó la deposición de colágeno con PTHrP y VitD3. Nuestros hallazgos demuestran el potencial de los constructos de hidrogel híbrido ALG/ECM-células-factores de crecimiento para reparar el hueso en combinación con mecanotransducción para ajustar finamente la estructura ósea. Este enfoque puede formar una estrategia reparativa mínimamente invasiva para aplicaciones de ingeniería de tejidos óseos.

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1.
Gothard, D. et al. In vivo analysis of hybrid hydrogels containing dual growth factor combinations, and skeletal stem cells under mechanical stimulation for bone repair. Mechanobiology in Medicine 2, 100096 (2024).

Síntesis de BODIPYs derivados de glucosidos mediante reacciones quimioselectivas.

Biomateriales4 julio, 2024

La neoglucosilación de BODIPYs con grupos metoxiaminomethyl con monosacáridos, disacáridos y trisacáridos reductores no protegidos produce, de manera regio- y estereoselectiva, conjugados cíclicos de N-glicosil-N-metoxi-BODIPY, como una clase relevante de neoglucósidos que presentan excelentes características fotofísicas en agua pura, incluso a altas concentraciones del tinte. Además, se ha confirmado la absorción celular de algunos de los BODIPYs neoglucosilados mediante microscopía de fluorescencia, y un conjugado de BODIPY-acarbosa mostró una actividad inhibidora enzimática comparable a la de la acarbosa para dos diferentes α-amilasas: α-amilasa de A. oryzae (AOA) y α-amilasa salival humana (HSA)

DOI
https://doi.org/10.1039/D4QO00886C

Nanocomplejos de europio-ácido tánico diseñados para la regeneración ósea en entornos oxidativos o inflamatorios

Biomateriales3 julio, 2024

Los iones de europio (Eu3+) están ganando protagonismo en medicina regenerativa debido a la creciente evidencia de sus propiedades osteogénicas. Sin embargo, los entornos inflamatorios y oxidativos presentes en muchas enfermedades óseas, como la osteoporosis o la artritis reumatoide, obstaculizan este proceso regenerativo. Aquí, se describe un procedimiento sintético sencillo para preparar nanocomplejos de Eu3+ con ácido tánico (EuTA NCs) con características fisicoquímicas modulables, así como propiedades antioxidantes, antiinflamatorias y osteogénicas. Los EuTA NCs se sintetizaron para presentar diferentes contenidos de Eu3+ en su estructura y evaluar el efecto del catión sobre las propiedades biológicas de las formulaciones. En todos los casos, los EuTA NCs fueron estables a pH fisiológico, presentaron una carga superficial altamente negativa (z ≈ -25,4 mV) y un tamaño controlable (80 < Dh < 160 nm). Las pruebas antioxidantes in vitro revelaron que la complejación con Eu3+ no alteró significativamente la actividad total de eliminación de radicales (RSA) del ácido tánico, pero mejoró su capacidad para eliminar H2O2 e iones ferrosos, mejorando así su potencial antioxidante general. A nivel celular, los EuTA NCs redujeron la toxicidad instantánea de altas concentraciones de ácido tánico libre, resultando en mejores respuestas antioxidantes (aumento del 13.3% de RSA frente al ácido tánico) y antiinflamatorias (reducción del 17.6% en la producción de óxido nítrico frente al ácido tánico) en cultivos de macrófagos estimulados con H2O2 y LPS, respectivamente. Además, se encontró que el tratamiento a corto plazo de osteoblastos con EuTA NCs aumentó su actividad de fosfatasa alcalina y su capacidad de mineralización de la matriz. En general, esta plataforma simple y ajustable es una candidata potencial para promover el crecimiento óseo en entornos complejos al dirigirse simultáneamente a múltiples mecanismos fisiopatológicos de la enfermedad.

https://doi.org/10.1039/D4TB00697F

Soportes compuestos de Ti/Ta para la regeneración ósea guiada en la artroplastia total de cadera

Biomateriales5 junio, 2024

La regeneración ósea guiada puede desempeñar un papel importante en aplicaciones ortopédicas. Este trabajo presenta la síntesis y caracterización de andamiajes compuestos basados en polisacáridos cargados con micropartículas de titanio o tántalo como materiales novedosos propuestos para sistemas compuestos con características prometedoras para la regeneración ósea guiada. Los andamiajes compuestos de Ti/Ta fueron sintetizados utilizando quitosano y goma gellan como sustratos orgánicos y entrecruzados con dextrano oxidado, resultando en compuestos inorgánico-orgánicos estables. La caracterización físico-química reveló una distribución uniforme de nanopartículas metálicas dentro de los andamiajes que mostraron una liberación de metales inferior al 5 %. Los ensayos biológicos in vitro demostraron que los compuestos de Ta exhiben una actividad de ALP dos veces mayor que los de Ti y una mayor capacidad para apoyar la diferenciación completa de células madre mesenquimales humanas en osteoblastos. Estos resultados destacan su potencial para aplicaciones en la regeneración ósea.

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1.
García-Robledo, H. et al. Ti/Ta-based composite polysaccharide scaffolds for guided bone regeneration in total hip arthroplasty. International Journal of Biological Macromolecules 271, 132573 (2024). Cite

Matrices nanofibrosas de ε-polycaprolactona que contienen nano-hidroxiapatita y extracto de Humulus lupulus L.: Caracterización fisicoquímica y biológica para aplicaciones orales

Biomateriales6 mayo, 2024

Los defectos óseos orales ocurren como resultado de traumatismos, cáncer, infecciones, enfermedades periodontales y caries. Los injertos autógenos y alógenos son el estándar de oro utilizados para tratar y regenerar segmentos óseos dañados o defectuosos. Sin embargo, estos materiales no poseen las propiedades antimicrobianas necesarias para inhibir la invasión de los numerosos patógenos perjudiciales presentes en la microbiota oral. En el presente estudio, poli(ε-caprolactona) (PCL), nano-hidroxiapatita (nHAp) y un extracto comercial de Humulus lupulus L. (lúpulo) fueron electrohilados en matrices poliméricas para evaluar su potencial para la liberación de fármacos y la regeneración ósea. Las matrices fabricadas fueron analizadas mediante microscopía electrónica de barrido (SEM), análisis de tracción, análisis termogravimétrico (TGA), ensayo FTIR y degradación hidrolítica in vitro. Las propiedades antimicrobianas fueron evaluadas contra los patógenos orales Streptococcus mutans, Porphyromonas gingivalis y Aggregatibacter actinomycetemcomitans. La citocompatibilidad fue demostrada utilizando el ensayo MTT. El análisis SEM estableció la presencia de matrices nanoestructuradas en una red tridimensional interconectada. La presente investigación proporciona nueva información sobre la interacción de compuestos naturales con biomateriales cerámicos y poliméricos. El extracto de lúpulo y otros agentes medicinales naturales o sintéticos pueden ser cargados eficazmente en las fibras de PCL y tienen el potencial de ser utilizados en aplicaciones orales.

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1.
Villanueva-Lumbreras, J. et al. Nanofibrous ε-Polycaprolactone Matrices Containing Nano-Hydroxyapatite and Humulus lupulus L. Extract: Physicochemical and Biological Characterization for Oral Applications. Polymers 16, 1258 (2024). Cite

Nuevos conocimientos sobre las rutas antioxidantes y propiedades osteogénicas in vitro de los compuestos fitato de Sr/Zn

Biomateriales10 marzo, 2023

Los compuestos de fitato de Sr/Zn han mostrado interés en la ciencia de los biomateriales, concretamente en implantología dental, debido a sus efectos antimicrobianos frente al Streptococcus mutans y a su capacidad para formar recubrimientos bioactivos. El ácido fítico es un compuesto quelante natural que presenta propiedades antioxidantes y osteogénicas que pueden desempeñar un papel importante en los procesos de remodelación ósea afectados por entornos de estrés oxidativo, como los producidos durante las infecciones. La aplicación de moléculas no proteicas de señalización celular que regulen tanto la homeostasis ósea como la de ROS es una estrategia prometedora para la regeneración de tejidos óseos afectados por procesos de estrés oxidativo. En este contexto, el ácido fítico (PA) surge como una excelente opción ya que sus propiedades antioxidantes y osteogénicas pueden desempeñar un papel importante en los procesos de remodelación ósea. En este estudio, exploramos las propiedades antioxidantes y osteogénicas de dos complejos metálicos de PA con cationes bioactivos, Sr2+ (SrPhy) y Zn2+ (ZnPhy), destacando el efecto de los cationes divalentes anclados a las moléculas de fitato y su capacidad para modular las propiedades del PA. Se analizaron las características in vitro de los complejos y se compararon con las de su precursor PA. El método de ferrozina/FeCl2 indicó que SrPhy presentaba una afinidad por iones ferrosos más notable que ZnPhy, mientras que la actividad antioxidante demostrada mediante un ensayo DPPH mostró que sólo ZnPhy reducía el contenido de radicales libres. Asimismo, el potencial antioxidante se evaluó con cultivos celulares RAW264.7. Un ensayo de ROS indicó de nuevo que ZnPhy fue el único que redujo el contenido de ROS (20%), mientras que todos los compuestos de fitato inhibieron la peroxidación lipídica siguiendo el orden decreciente de PA > SrPhy > ZnPhy. La evaluación in vitro de la capacidad osteogénica del fitato se realizó utilizando células hMSC. Los resultados mostraron propiedades adaptadas relacionadas con el catión unido en cada complejo. ZnPhy sobreexpresó la actividad ALP a los 3 y 14 días, y SrPhy aumentó significativamente la deposición de calcio a los 21 días. Este estudio demostró que los fitatos de Sr/Zn mantenían las propiedades antioxidantes y osteogénicas del PA y pueden utilizarse en terapias regenerativas óseas que implican entornos oxidativos, como recubrimientos de implantes y tejidos periodontales infectados.

Monocapas autoensambladas a base de fitato de estroncio/zinc sobre superficies de titanio mejoran la osteogénesis y el rendimiento antibacteriano in vitro

Biomateriales10 marzo, 2023

La acumulación de bacterias sobre las superficies de los implantes sigue siendo la primera causa de fracaso, y el desarrollo de superficies antimicrobianas constituye una primera línea en la investigación. Además, la durabilidad y el rendimiento mecánico de los implantes, en especial en el área dental, vienen determinados principalmente por su capacidad de osteointegración en el hueso maxilofacial y la aparición de infecciones. En consecuencia, la osteointegración de los implantes y la profilaxis de infecciones siguen siendo grandes retos a alcanzar por lo que se está desarrollando una gran investigación en la producción de superficies bioactivas para conseguir mejoras en estos aspectos. En este trabajo proponemos la funcionalización de superficies de titanio (Ti Cp) con monocapas autoensambladas (SAMs) de compuestos organofosforados bioactivos: ácido fítico (Ti-PA) y sus derivados metálicos de fitato con Sr2+ y/o Zn2+ (Ti-SrPhy, Ti-ZnPhy y Ti-SrPhy/ZnPhy) que mostraron propiedades osteogénicas, antimicrobianas y antioxidantes in vitro en un trabajo previo. Así, los compuestos de fitato se anclan químicamente sobre discos de Ti mediante un sencillo procedimiento consistente en una reacción de condensación promovida por tratamiento térmico. Las espectroscopias EDS y XPS confirman la obtención de las superficies modificadas y se exploran las propiedades topográficas y la mojabilidad analizadas por SEM, AFM, perfilometría y medidas del ángulo de contacto, respectivamente. Además, las SAMs de fitato no liberan ningún compuesto citotóxico tras 14 días y estimulan la adhesión y proliferación in vitro de células de osteoblastos humanos tras 14 días de cultivo. La capacidad osteogénica de las superficies modificadas, evaluada mediante la cuantificación de la actividad ALP y el grado de mineralización de la matriz, muestra una mejora significativa con respecto a las superficies no modificadas. Además, se evalúa la actividad antimicrobiana de las superficies modificadas con fitato frente a cultivos de Streptococcus mutans. El recuento de células viables y la cuantificación del biofilm producido se reducen significativamente en todos los grupos de phytate-SAMs (p < 0,001). Los estudios de integridad de la membrana celular mediante tinción LIVE/DEAD e imágenes SEM confirman una menor viabilidad de las bacterias adheridas cuando se ensayan superficies a base de fitato, debido a una alteración de la función y permeabilidad de la membrana celular. Por lo tanto, las SAM a base de fitato presentan características in vitro adecuadas que sugieren su prometedor potencial como recubrimientos bioactivos de implantes dentales.

Estudio de complejos de fitato de Sr/Zn: propiedades estructurales y efectos sinérgicos antimicrobianos contra Streptococcus mutans

Biomateriales11 enero, 2023

El ácido fítico es un abundante componente natural de las plantas que presenta una versatilidad de aplicaciones beneficiadas por su estructura química, destacando su uso como aditivo alimentario, de embalaje y dental por sus propiedades antimicrobianas. La capacidad del ácido fítico para quelar iones también está bien establecida y se ha descrito la formación y propiedades termodinámicas de diferentes complejos metálicos. Sin embargo, todavía se requieren estudios de de estos compuestos en términos de química y características biológicas para ampliar el ámbito de aplicación de los complejos de ácido fítico. El objetivo principal de este trabajo es profundizar en el conocimiento de la química de los complejos metálicos bioactivos y su actividad bactericida, para ampliar su aplicación en la ciencia de los biomateriales, concretamente en la implantología oral. Así, en este trabajo se presenta la síntesis y evaluación estructural de dos complejos metálicos de fitato portadores de los cationes bioactivos Zn2+ y Sr2+ (ZnPhy y SrPhy respectivamente), junto con estudios sobre las propiedades biológicas sinérgicas entre el ácido fítico y los cationes. Los fitatos metálicos se sintetizaron en estado sólido mediante una reacción hidrotermal que dio lugar a compuestos sólidos puros de alto rendimiento. Sus fórmulas moleculares fueron C6H12024P6Sr4-5H2O y C6H12024P6Zn6-6H2O, determinadas por ICP y HRES-TGA. El enlace de coordinación metálico de los complejos sólidos se analizó además por EDS, Raman, ATR-FTIR y espectroscopias 13C y 31P-NMR de sólidos. Asimismo, se evaluó la capacidad in vitro de los compuestos de fitato para inhibir la producción de biofilm de cultivos de Streptococcus mutans. Los resultados indican que todos los compuestos redujeron significativamente la formación de biofilm (ácido fítico < SrPhy < ZnPhy), y ZnPhy incluso mostró diferencias notables con respecto a ácido fítico y SrPhy. El análisis de las propiedades antimicrobianas muestra las primeras pistas de los posibles efectos sinérgicos creados entre el ácido fítico y el catión correspondiente en diferentes procesos metabólicos celulares. En general, los resultados de este trabajo pueden contribuir a ampliar las aplicaciones de estos complejos metálicos bioactivos en los campos biotecnológico y biomédico, y pueden ser considerados para la fabricación de sistemas de recubrimiento antiplaca en el campo de la odontología.

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