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La fibra de Sharpey es un tejido conectivo compuesto por una matriz de colágeno que conecta el diente con el hueso alveolar. Debido a su arquitectura de micronanofibras, su ubicación distintiva y su orientación vertical con respecto a la superficie del diente, Sharpey Fiber desempeña un papel fundamental para dotar a un diente sano de fácil diferenciación, estabilidad mecánica y protección contra enfermedades.
Estudio: Películas de nanopilares de colágeno/gelatina bioinspiradas como material de recubrimiento potencial para implantes. Crédito: sujit kantakat/Shutterstock.com
Inspirado en la arquitectura natural de la fibra de Sharpey, un estudio publicado en ACS Applied Bio Materials presentó la fabricación de una película de gelatina biopolimérica (col:gel) con nanopilares que podría usarse como recubrimiento de implantes dentales con propiedades celulares y osteogénicas mejoradas. Estas películas de biopolímero se moldearon con moldes de óxido de aluminio anódico nanoporoso (AAOM).
Las imágenes de microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía de fuerza atómica (AFM) revelaron nanopilares con un diámetro de 90 nanómetros, una altura de 300 nanómetros y un espacio entre los pilares de 50 nanómetros, que estaban bien organizados en las películas de biopolímero subyacentes.
Debido a que los nanopilares están orientados paralelos entre sí y perpendiculares a la película de biopolímero, imitan las fibras de Sharpey, que son estructuras de colágeno natural en términos de orientación geométrica, morfología a nanoescala y contenido bioquímico.
Además, las láminas de col:gel con nanopilares demostraron más del 90 % de viabilidad celular con una unión y mineralización mejoradas para las células Saos-2 en comparación con los controles de poliestireno de cultivo tisular (TCPS) o las láminas planas de col:gel debido a su rugosidad superficial y área mejoradas. .
Osteointegración y Fibras de Sharpey
La efectividad a largo plazo de los implantes dentales que reemplazan los dientes faltantes depende de la osteointegración y la estrecha integración de los tejidos blandos. La mala integración del implante en el tejido blando o el hueso puede provocar un retraso en la cicatrización de la herida debido a la separación del implante o a una infección local.
Los investigadores se han centrado en mejorar la osteointegración utilizando una variedad de métodos, incluidas modificaciones superficiales químicas y físicas, y recubrimientos basados en polímeros y biomateriales cerámicos.
Un recubrimiento de implante en la superficie del diente basado en un material de polímero biomimético es uno de esos materiales que puede promover el desarrollo de una matriz extracelular (ECM) similar al medio ambiente para mejorar la adhesión celular y otros procesos biológicos de las células.
El colágeno es el componente predominante de la MEC de todos los tejidos orales que interactúan con los implantes dentales. Es responsable de la mejora mecánica, la unión celular y la mineralización de la MEC. Además, controla la inmunogenicidad y la hemostasia ósea principalmente por su hidrofilia y su composición rica en RGD (arginina, glicina, ácido aspártico).
Las fibras de Sharpey a base de colágeno tienen diámetros micro/nano y se ubican entre el hueso alveolar y el diente. Debido a su ubicación diferente, proporcionan un puente mecánico y fisiológico entre el hueso alveolar y el cemento.Además, las fibras de Sharpey también proporcionan un entorno ECM de apoyo para las células. Las fibras de Sharpey también están total o parcialmente mineralizadas, con un extremo en el hueso y el otro en el cemento.
Las fibras de Sharpey se alinearon verticalmente, lo cual es necesario para formar una conexión segura, proteger el tejido óseo de los estímulos externos y encerrar el tejido blando. Estas fibras conectan el ligamento periodontal, el cemento y el hueso alveolar, lo que sugiere una orientación perpendicular correspondiente a la superficie del diente, mientras que las fibras están dispuestas paralelas entre sí.
Películas miméticas de fibra Col:Gel de Sharpey con nanopilares
Anteriormente, se descubrió que las películas a base de quitosano con nanopilares bien organizados tenían excelentes propiedades antibacterianas y promovían vías de diferenciación osteoblástica con excelentes capacidades de mineralización. Además, las películas nanoestructuradas imitaron la arquitectura de los componentes naturales de ECM mejor que las películas planas.
En el presente estudio, se preparó material biopolimérico bioinspirado en la composición y nanoarquitectura geométrica de las fibras de Sharpey para su uso potencial como superficie de recubrimiento de implantes para mejorar la adhesión y el desarrollo celular para el proceso de osteointegración.
Las películas biopoliméricas se fabricaron con nanopilares a base de colágeno y gelatina alineados verticalmente. Aquí, la gelatina sirvió como relleno para reforzar la matriz de colágeno y llenar los espacios entre los nanopilares para mejorar la procesabilidad de la película. La gelatina y el colágeno se entrecruzaron con poli(etilenglicol) diglicidil éter (PEGDE).
Debido a que la gelatina es un producto de desnaturalización del colágeno, tiene todas las propiedades físicas y biológicas del colágeno. Además, su solubilidad en agua y sus propiedades no alergénicas hacen que la gelatina sea más beneficiosa que el colágeno.
Los estudios de cultivo celular en células Saos-2 utilizando películas col:gel planas y TCPS como controles mostraron que las películas col:gel preparadas decoradas con nanopilares mostraron una mejor osteointegración y sirvieron como material de recubrimiento de implantes.
Conclusión
En resumen, se utilizó el método de drop-casting para fabricar películas col:gel con nanopilares bioinspirados por fibras de Sharpey. Las películas col:gel fabricadas con AAOM exhibieron muchos nanopilares consistentes y bien organizados.
Los resultados de la investigación mostraron que las películas de col:gel con nanopilares habían mejorado la rugosidad de la superficie en comparación con las películas planas y los controles TCPS, y los valores de superficie mejoraron la adhesión y la diferenciación osteogénica de las células Saos-2. Los nanopilares basados en una película de gel similar a la fibra de Sharpey podrían conferir una mejor osteointegración como material potencial para recubrimientos de implantes dentales.
Relación
Erturk PA, Altuntas S, Irmak G, Buyukserin F (2022). Películas de nanopilares de colágeno/gelatina bioinspiradas como material de recubrimiento potencial para implantes. Biomateriales Aplicados ACS. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsabm.2c00633
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