El silicio juega un papel importante durante los estadios iniciales de la formación de hueso y en los procesos de calcificación [7, 18, 119, 124]. Es uno de los elementos esenciales en el desarrollo de las células osteoblásticas, pudiendo incrementar, según el estudio de Gibson et al. [181], el número de osteoblastos y la actividad celular.
La incorporación de dióxido de silicio en nuestros materiales repercutió positivamente en la proliferación o la actividad del test de citocompatibilidad, realizado con la línea celular MG-63 utilizada en estudios previos [150, 182, 183, 184]. Las células sembradas en el cemento preparado con 20 y 40% Si-TCP, obtuvieron resultados similares. Sin embargo, en el cemento preparado con 80% Si-TCP, aumentó la proliferación celular más de 3 veces y la actividad celular más de 2 veces como muestran la Figura 32 y las Tablas del 10 al 15. Un dato a destacar es que la actividad celular de los cementos dopados al 80% de silicio, al décimo día de cultivo, fue muy superior al resto de materiales. Las imágenes obtenidas mediante el SEM refuerzan los resultados obtenidos en el test de citocompatibilidad. Los materiales con mayor concentración de silicio mostraron una mayor supervivencia celular en el tiempo, así como un mayor tapiz de células sobre su superficie como puede verse en la Figura 44. Esto concuerda con los estudios de Xu et al. [185] y Byun et al. [186] que obtuvieron un aumento en la proliferación celular estadísticamente significativa, al utilizar HA y fosfato cálcico bifásico, respectivamente, ambos dopados con silicio.
Los resultados obtenidos podrían estar provocados por la liberación de iones de Ca2+ y SiO44- principalmente, y en menor medida de PO43- , de los cementos dopados.
Así como, por los cambios estructurales y morfológicos inducidos al incorporar el dióxido de silicio. Diferentes estudios, han conseguido resultados similares con iones de
SiO44- [160, 187] sobre las células osteoblásticas, utilizando ácido ortosilícico, productos de
degradación de los materiales que contienen silicio (biovidrio, silicato dicálcico) o mediante la siembra directa de células sobre cerámicas sustituidas con silicio [20, 23, 132,
133, 134, 135, 136, 188]
. Los iones de silicio parecen tener un efecto óptimo, sobre los osteoblastos y la regeneración ósea. La concentración de iones de Si en el medio acorta el ciclo de crecimiento de la célula osteoblástica humana, para aumentar la proliferación, diferenciación y producción de colágeno. Además tiene efectos
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dependientes de la dosis en procesos de remodelado, desarrollo de osteoclastos y actividad de reabsorción [132, 189]. Aunque es necesario regular la concentración de silicio adecuada, para obtener un equilibrio, entre los mecanismos que controlan la actividad de las células osteoblásticas y osteoclásticas, ya que un exceso del ion podrían inducir la apoptosis celular [190]. Los iones de Ca2+ también juegan un papel esencial en el crecimiento y función celular. El calcio extracelular regula el comportamiento celular y tiene un efecto significativo en la proliferación y diferenciación de las células osteoblásticas. La presencia de iones de calcio podría activar a la adenosina trifosfato (ATP), aumentando la síntesis de ADN, acelerando la mineralización del tejido duro como la dentina o el hueso. Por último, el fosfato es un componente esencial del ADN y el ARN, necesario para producir ATP. El fosfato inorgánico estimula la diferenciación, lo que resulta en la expresión de colágeno tipo X y actúa como una señal para iniciar la deposición de minerales [190].
Como ya hemos mencionado el sílice soluble desempeña un papel esencial en el entrecruzamiento de colágeno y proteoglicanos durante el crecimiento óseo [124]. La matriz extracelular está compuesta por moléculas proteicas complejas del hueso que median en la adhesión de los biomateriales. El colágeno es la proteína que encontramos en mayor cantidad, seguido de la osteonectina, osteopontina y osteocalcina, entre otras. Estas proteínas son secretadas en los osteoblastos y usadas como marcadores. En el estudio de Byun et al. [186] la osteonectina, osteopontina y el colágeno tipo I se expresaron de forma más elevada en aquellos fosfatos cálcicos dopados con silicio.
El aumento en la proliferación y la actividad de las células osteoblásticas, podría estar mediado por el aumento en la producción de los factores de crecimiento y la actividad de los genes, que son necesarios para la proliferación osteoblástica, la remodelación de la matriz extracelular y la adhesión matriz-célula. Son numerosos los estudios que han analizado el aumento en el factor de crecimiento transformante β (TGF-β) [134], la proteína ósea morfogénica 2 (BMP-2), la actividad de la fosfatasa alcalina (ALP) y la codificación de genes para la osteocalcina, ALP, BMP-2 y Smad1 en materiales que contenían silicio [133]. En estos estudios, parece que la incorporación de silicio mejoró la proliferación, diferenciación y expresión de genes.
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No solo hubo un aumento en el número de células al incorporarse mayor concentración de silicio, sino que también hubo cambios en la fisiología celular. Ya que las células desarrollaban extensiones citoplasmáticas mayores según aumentaba la concentración de silicio, como puede apreciarse en las Figuras 40 y 41. Las extensiones citoplasmáticas son regiones de la membrana plasmática celular que contienen redes o haces de microfilamentos de actina con los cuales permiten, por un lado, el movimiento de migración de las células a lo largo del sustrato, y por otro, adherirse mejor a los cristales del cemento [191]. En el estudio de Byun et al. [186] las células cultivadas sobre la superficie de los fosfatos cálcicos bifásicos dopados con silicio tenían un mayor número de filipodias, que crecían junto a la membrana citoplasmática, en comparación con los cementos sin dopar, lo que indicaba una buena adhesión celular. La unión entre material y célula es una propiedad esencial para el desarrollo, mantenimiento y remodelado del tejido óseo. La interacción entre ambos juega un papel crítico en la supervivencia, proliferación, diferenciación y mineralización de la matriz. Y en consecuencia en la formación de hueso, función osteclástica y reabsorción ósea [192].
Por lo que podemos concluir que los cementos con β-TCP modificado con silicio proporcionan un soporte adecuado para la proliferación y actividad de los osteoblastos, lo que supone que estos materiales podrían ser empleados como sustitutos óseos.
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3. EFICACIA DEL CEMENTO COMO MATRIZ PARA LA LIBERACIÓN
CONTROLADA DE MEDICAMENTOS
La posibilidad de utilizar estos materiales como vehículos para el suministro controlado de fármacos, además de sustitutos óseos, representa una alternativa atractiva para el tratamiento de enfermedades que requieren terapias largas y que están asociadas a perdidas importantes de hueso.
3.1 RESULTADOS DE LA EFICACIA DEL CEMENTO COMO MATRIZ PARA