Membrana bioresorbible para la cicatrización de heridas internas y externas

Fibroblastos (células del tejido conectivo) en la membrana Renacer® electrohilada bajo el microscopio confocal (rojo: citoesqueleto de las células, azul: núcleos celulares). © Fraunhofer ITEM

Membrana electrohilada Renacer® (5 x 5 cm) © Fraunhofer ITEM / Membrana electrohilada Renacer® (5 x 5 cm) © Fraunhofer ITEM

Los investigadores de Fraunhofer han logrado fabricar una membrana electrohilada a partir del gel de sílice biodegradable Renacer® que no es ni citotóxica ni genotóxica. Esta matriz imita las estructuras de fibras que se encuentran en el tejido conectivo. Por lo tanto, es especialmente adecuada para aplicaciones regenerativas, como una mejor cicatrización de heridas.

El tratamiento de heridas extensas y heridas internas es un desafío y puede ser extremadamente prolongado. Investigadores del Instituto Fraunhofer para la Investigación de Silicato ISC y del Instituto Fraunhofer para Toxicología y Medicina Experimental ITEM han desarrollado para este campo de aplicación una membrana biodegradable que ayuda a la cicatrización de heridas y que se descompone completamente en el cuerpo en una sustancia natural.

La base de esta novedosa membrana es un paño de fibras desarrollado en el ISC de Fraunhofer, que ya está aprobado médicamente para la regeneración de heridas crónicas, como en el pie diabético. El material se disuelve completamente en el proceso de cicatrización de la herida en seis a ocho semanas. Los investigadores lograron reducir el diámetro de las fibras de 50 micrómetros a más de 50 veces, de modo que ahora las fibras tienen un diámetro de menos de un micrómetro. Para ello, utilizaron el método de electrohilado. De esta manera, pudieron hilvanar un gel de sílice en una membrana de sílice de malla apretada, formada por fibras con un diámetro de aproximadamente un micrómetro. En algunos casos, lograron diámetros de solo 100 nanómetros. »Estos sistemas de fibras imitan la matriz extracelular, es decir, las estructuras de fibras que se encuentran en el tejido conectivo del cuerpo, y son muy bien aceptados por las células humanas para la regeneración. No provocan reacciones de cuerpo extraño ni cicatrices internas. La novedosa membrana de gel de sílice solo libera un producto de degradación, el monohidrogel de sílice, que actúa regenerativamente en el cuerpo y favorece el cierre de heridas«, explica el Dr. Bastian Christ, científico del ISC de Fraunhofer en Würzburg. Junto con sus colegas, se encargó de la síntesis y el procesamiento del material.

»Mientras que el paño de fibras original, con fibras de 50 micrómetros de grosor, se introduce desde el exterior en una herida crónica, el paño de fibras más delgado también es adecuado para aplicaciones internas. Material de relleno que se utiliza para defectos óseos en la mandíbula podría, en teoría, cubrirse con él para acelerar la cicatrización«, describe la Dra. Christina Ziemann, investigadora del ITEM de Fraunhofer y responsable de la evaluación biológica del material, una de las muchas posibles aplicaciones. »En principio, la membrana puede pegarse en el cuerpo con adhesivos biodegradables.«

El material no es ni citotóxico ni genotóxico

Mediante un microscopio confocal, un microscopio óptico especial, se pudo demostrar que la membrana de malla apretada, que se presenta como demostrador, posee una función de barrera que impide el paso de células del tejido conectivo durante al menos siete días, sin impedir en general el crecimiento de las células. Además, la membrana es resorbible y no presenta citotoxicidad ni genotoxicidad, por lo que no causa daños directos en el tejido ni en el ADN.

El diámetro de las fibras y el tamaño de la malla influyen en el comportamiento de las células

Para su uso como barrera de adhesión, para evitar adherencias postoperatorias y cicatrices, se eligió un diámetro de fibra delgado con mallas finas, de modo que solo los nutrientes puedan atravesar el paño de fibras, pero no las células del tejido conectivo. Sin embargo, con un diámetro de fibra de un micrómetro y mallas correspondientes, las células crecen en la red de fibras, se multiplican allí y tienen un efecto regenerador en el tejido circundante. »Al ajustar las propiedades del material, como el diámetro de las fibras y el tamaño de la malla, podemos influir deseablemente en el comportamiento de las células«, dice Christ. Para hilvanar las fibras, las instalaciones necesarias en el ISC de Fraunhofer se diseñan de manera adecuada y personalizada. También se puede adaptar la forma y el tamaño de los paños de fibras según las necesidades del cliente.

En contraste con la membrana, que justo después de su aplicación, debido a su naturaleza de malla abierta, permite el transporte de nutrientes pero no el paso de células, muchos productos disponibles en el mercado solo permiten un transporte de sustancias similar después de su degradación biológica o tras su inicio. Sin embargo, una cicatrización rápida y efectiva solo es posible si el tejido herido recibe suficientes nutrientes. Al mismo tiempo, los productos de desecho metabólico deben ser transportados fuera, lo cual se favorece por la estructura de malla abierta de la membrana de sílice.

Membrana de carácter inorgánico

Otra ventaja: la membrana Renacer® se disuelve completamente y se descompone casi de forma pH-neutral en ácido monohidrogel de sílice, la única forma soluble en agua de las sílices. Está presente de forma nativa en el cuerpo y estimula comprobadamente la formación de tejido conectivo en la piel y la formación ósea. Hasta ahora, ningún producto disponible posee estas propiedades. Muchos materiales biodegradables se disuelven en ácidos orgánicos como el ácido láctico o el ácido glicólico, lo que puede causar acidez local en el tejido y desencadenar reacciones inflamatorias del sistema inmunológico. »Nuestras pruebas han demostrado que también el producto de disolución, el ácido monohidrogel de sílice, no es tóxico y es completamente compatible con las células«, afirma Ziemann. »La membrana se descompone en una sola molécula: el ácido monohidrogel de sílice.«

Fibras como depósito de principios activos

Además, se pueden integrar principios activos en el paño de fibras, que se liberan con la disolución del material. »Durante la resorción, por ejemplo, se podría administrar un antibiótico en una herida en el cuerpo para evitar la formación de focos bacterianos«, explica Christ. En el ISC de Fraunhofer se está investigando en el proyecto financiado por el BMBF «GlioGel» si la plataforma de material Renacer® puede utilizarse como depósito de principios activos para el tratamiento de tumores cerebrales.