ICTP – Grupo de Biomateriales

Síntesis de BODIPYs derivados de glucosidos mediante reacciones quimioselectivas.

ICTP4 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

ICTP3 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

ICTP5 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.

3729048 {3729048:WNV85RCZ} nature 50 1 1 title 1571

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

ICTP6 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.

3729048 {3729048:P64PD6LD} nature 50 1 1 title 1549

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

ICTP10 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

ICTP10 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

ICTP11 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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Nanopartículas de DEAE-quitosano como material biomimético para el desarrollo de terapias antineumocócicas

ICTP3 septiembre, 2021

El desarrollo de nuevos biomateriales avanzados nos proporcionan nuevas vias para implementar estrategias más efectivas en la lucha contra las infecciones bacterianas. Dentro de este campo uno de los biopolímeros mas utilizados es el quitosano. En el presente artículo derivatizamos nanoparticulas de quitosano con grupos dietilaminoetilo (ChiDENP) con el objetivo de simular los grupos colina presentes en la pared celular neumocócica y de esta forma actuar como ligandos para las proteinas de unión a colina (CBP). En primer lugar hemos evaluado la capacidad del dietilaminoetilo (DEAE) para secuestrar las CBP de la superficie bacteriana. A la vista de los buenos resultados se ha propuesto la encapsulación de la enzima antimicrobiana CPL-711 dentro de las ChiDENP. Estas particulas presentan una buena estabilidad y un perfil de liberación adecuado para el tratamiento antimicrobiano, proporcionando una plataforma prometedora para la liberación controlada de enzimáticos CBP en contextos biológicos.

Actividad antitumoral de nanopartículas cargadas con PHT-427, un nuevo inhibidor de AKT / PDK1, para el tratamiento del carcinoma de células escamosas de cabeza y cuello

ICTP24 agosto, 2021

Actualmente, se requieren nuevos tratamientos para complementar el estándar actual de atención para el carcinoma de células escamosas de cabeza y cuello (HNSCC). La vía de señalización de la fosfatidilinositol3-quinasa (PI3K) suele estar alterada y activada en el HNSCC. El fármaco PHT-427 es un inhibidor dual de AKT /PDK1; sin embargo, hasta donde sabemos, no se ha investigado el efecto del inhibidor del PHT-427 sobre HNSCC. Por ello, este estudio tiene como objetivo evaluar el efecto antitumoral de nanopartículas poliméricas cargadas con PHT-427 basadas en succinato de α-tocoferilo (α-TOS). La actividad in vitro del PHT-427 se probó en células escamosas de carcinoma de hipofaringe (FaDu) para medir la viabilidad celular, la expresión del gen PI3KCA / AKT / PDK1 y los niveles de PI3KCA / AKT / PDK1. También, se midieron la apoptosis, el receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGFR) y las especies reactivas de oxígeno (ROS). La presencia del PHT-427 mejora significativamente su actividad antiproliferativa y proapoptótica al inactivar la vía PI3K / AKT / PDK1. Las nanopartículas (NP) suprimen eficazmente la expresión de AKT / PDK1. Además, las NP cargadas con PHT-427 producen altos niveles de estrés oxidativo que inducen la apoptosis. En conclusión, estos resultados son prometedores en el uso de esta nanoformulación como un sistema de administración de PHT-427 para un tratamiento eficaz contra el HNSCC.

Nanopartículas poliméricas cargadas con paclitaxel basadas en el succinato de α-tocoferilo para el tratamiento de carcinoma de células escamosas de cabeza y cuello: modelo in vivo murino

ICTP8 julio, 2021

El pronóstico de los pacientes con cáncer de células escamosas de cabeza y cuello recurrente o metastásico (HNSCC) es generalmente pobre. Se requieren nuevos tratamientos para complementar el estándar de atención actual. En particular, el paclitaxel (PTX), un quimioterapéutico eficaz para el HNSCC, tiene efectos secundarios graves. Por ello, se prepararon un sistema de nanoportadores poliméricos para la administración de PTX con el fin de mejorar el tratamiento de HNSCC. Así pues, este estudio tuvo como objetivo evaluar la eficacia antitumoral de nanopartículas poliméricas cargadas con PTX basadas en α-TOS (PTX-NP) administradas por inyección intratumoral directa en un xenoinjerto de tumor de células escamosas de carcinoma de hipofaringe (FaDu) utilizando un modelo de ratón. Las nanopartículas se prepararon por nanoprecipitación utilizando copolímeros de bloque de polietilenglicol (PEG) y un derivado metacrílico del α-TOS y se cargó eficazmente el PTX en el sistema de administración. El volumen del tumor se midió para evaluar el efecto antitumoral de las PTX-NP. Los mecanismos relativos a procesos de apoptosis, proliferación celular, angiogénesis y estrés oxidativo y nitrosativo se cuantificaron por Western Blott, con sondas fluorescentes y análisis inmunohistoquímico. Los resultados mostraron que, en comparación con la PTX libre, las PTX-NP exhibieron una eficacia antitumoral mucho mayor, induciendo la apoptosis en un modelo de xenoinjerto de ratón FaDu con un perfil de seguridad además mejorado.

La expresión de Ki-67, EGFR y marcadores de angiogénesis (Factor VIII, CD31 y CD34) fue significativa menor en el grupo de PTX-NP en comparación con otros grupos (p <.05). Además, las PTX-NP inducen oxidativo y estrés nitrosativo en el tejido tumoral. Por todo ello, la administración directa de nanopartículas poliméricas cargadas con PTX en el sitio del tumor resultó ser un tratamiento prometedor para la terapia contra el HNSCC.