MEMORIAS DE LA REAL ACADEMIA DE CIENCIAS Y ARTES DE BARCELONA TERCERA ÉPOCA NÚM. 1029 VOL. LXV NÚM. 2 UNA ESTRATÈGIA EN MEDICINA REGENERATIVA DE L’OS: EL DESENVOLUPAMENT DE BASTIDES BIODEGRADABLES PER A LA REGENERACIÓ ÒSSIA MEMÒRIA LLEGIDA PER L'ACADÈMIC ELECTE Dr. JOSEP ANTON PLANELL I ESTANY A l’acte de la seva recepció el dia 16 de desembre de 2010 DISCURS DE RESPOSTA PER L´ACADÈMIC NUMERARI Excm. Sr. Dr. XAVIER OBRADORS I BERENGUER Publicada el mes de desembre de 2010 BARCELONA 2 0 10 RESUM Dintre del que s'entén com a medicina regenerativa, l'enginyeria de teixits busca la reparació i regeneració de teixits i òrgans malalts o malmesos, mitjançant la combinació de cèl·lules mare, bastides poroses on es puguin sembrar aquestes cèl·lules i s'hi puguin ancorar i agents bioquímics, com ara factors de creixement. Per tal que les cèl·lules puguin fixar-se, proliferar i diferenciar-se sobre la superfície porosa de la bastida, cal que aquesta tingui unes propietats químiques i físiques específiques, alhora que la mateixa bastida tingui unes propietats mecàniques adequades segons el tipus de teixit o òrgan que s'ha de regenerar. Per això, el desenvolupament de biomaterials funcionals compòsits com els proposats en el present treball poden tenir un gran interès per a la regeneració òssia quan s'elaboren en forma de bastides poroses tridimensionals, atès que combinen la capacitat de biodegradació de l'àcid polilàctic, la capacitat del vidre de fosfat de calci de dissoldre's i alliberar ions a l'entorn i la porositat interconnectada de la bastida que controla les propietats mecàniques, alhora que hi permet el creixement cel·lular i la circulació d'oxigen i nutrients. És especialment rellevant el fet que el biomaterial allibera ions que, com s'ha demostrat en el cas del calci, tenen un paper clau en les propietats angiogèniques del material. En el present treball s'ha desenvolupat el material compòsit totalment biodegradable, que s'ha caracteritzat en termes de propietats mecàniques, superficials i biològiques, i del qual s'ha avaluat també la degradació química. Les bastides poroses s'han fabricat mitjançant diferents tècniques com ara la dissolució i colada, la separació de fases, el prototipatge ràpid o l'electrofilat. Aquestes bastides tridimensionals s'han avaluat també biològicament in vitro, i se n'han determinat les propietats angiogèniques. S'han fet també uns quants assaigs in vivo. La combinació de tècniques de fabricació tant del vidre, com de les pròpies bastides seran clau per a acabar desenvolupant productes que siguin d'utilitat clínica en la regeneració òssia. RESUMEN Dentro de lo que se entiende como medicina regenerativa, la ingeniería de tejidos busca la reparación y regeneración de tejidos y órganos enfermos o dañados, mediante la combinación de células madre, andamiajes porosos sobre los que éstas pueden sembrarse y anclarse, y agentes bioquímicos como son los factores de crecimiento. Para que las células se puedan fijar, proliferar y diferenciarse sobre la superficie porosa del andamiaje, es necesario que éste tenga propiedades químicas y físicas específicas, a la vez que el propio andamiaje tenga propiedades mecánicas apropiadas según el tipo de tejido u órgano a regenerar. Es por ello que el desarrollo de biomateriales funcionales compuestos como los que se proponen en el presente trabajo, pueden tener un gran interés para la regeneración ósea cuando se fabrican en forma de andamiajes porosos tridimensionales, puesto que combinan la capacidad de biodegradación del ácido poli-láctico, la capacidad del vidrio de fosfato de calcio de disolverse y liberar iones al entorno, y la porosidad interconectada del andamiaje que controla las propiedades mecánicas, a la vez que permite el crecimiento celular y la circulación de oxígeno y nutrientes. Es especialmente relevante que el biomaterial libera iones que, como se ha demostrado en el caso del calcio, tienen un papel clave en las propiedades angiogénicas del material. En el presente trabajo se ha desarrollado el material compuesto totalmente biodegrada-ble del que se han caracterizado sus propiedades mecánicas, superficiales y biológicas, y del cual se ha evaluado también su degradación química. Los andamiajes porosos se han fabricado mediante diferentes técnicas tales como disolución y colada, separación de fases, prototipado rápido y electro-hilado. Estos andamiajes tridimensionales se han evaluado también biológicamente in vitro, y se han determinado sus propiedades angiogénicas. Se han hecho también algunos ensayos in vivo. La combinación de técnicas de fabricación tanto del vidrio, como de los propios andamiajes, serán claves para acabar desarrollando productos que sean de utilidad clínica en la regeneración ósea. SUMMARY Within regenerative medicine, the aim of tissue engineering is repairing or regenerating pathological or damaged tissue or organs by combining the use of stem cells, porous scaffolds where they can be seeded and anchored, and biochemical agents such as growth factors. In order that cells may adhere, proliferate and differentiate on the porous surface of the scaffold, specific chemical and physical properties of the surface should combine with appropriate mechanical properties of the overall scaffold to the tissue or organ to be regenerated. Consequently, the development of composite biodegradable materials as those proposed in the present work may bear great interest for bone regeneration when manufactured as three dimensional porous scaffolds, since they combine the biodegra-dation ability of polylactic acid, the ability of calcium phosphate glasses to dissolve and to release ions to the environment, and the interconnected porosity of the scaffold that controls mechanical properties and allows cells growth and circulation of oxygen and nutrients. The fact that the biomaterial releases ions is especially relevant, since as it has been shown in the case of calcium, they play a key role in the angiogenic properties of the material. In the present work the totally biodegradable composite material has been developed that has been characterized in terms of mechanical, surface and biological properties. The chemical degradation has been also evaluated. Different techniques have been used to fabricate the porous scaffolds such as solvent casting, phase separation, rapid prototyping and electrospinning. These three dimensional scaffolds have been also evaluated in vitro, and their angiogenic properties have been determined. Some in vivo tests have been also carried out. The combination of different fabrication techniques for glass, as well as for the scaffolds, will be decisive in order to develop clinically useful bone regeneration devices.