România: Nanofibre cu fosfați de calciu, testate pentru regenerarea osoasă

O echipă interdisciplinară de cercetători din România a dezvoltat nanofibre de nylon acoperite cu fosfați de calciu resorbabili, concepute ca suporturi bioactive pentru regenerarea țesutului osos. În testele de laborator, materialul acoperit cu brushită a determinat cea mai mare activitate metabolică a preosteoblastelor.

Studiul, publicat în revista Materials, a reunit specialiști din inginerie chimică, inginerie medicală, fizica laserilor și medicină, în cadrul unei colaborări care a implicat Universitatea de Medicină și Farmacie „Carol Davila” din București, Universitatea Națională de Știință și Tehnologie Politehnica București și institutele de cercetare de la Măgurele.

Nanofibre acoperite cu minerale asemănătoare celor din os

Cercetătorii au produs nanofibre din nylon 66 prin electrofilare, o tehnică prin care o soluție polimerică este transformată, sub acțiunea unui câmp electric, într-o rețea de fibre cu diametre de ordinul nanometrilor.

Structura obținută poate imita parțial organizarea fibroasă a matricei extracelulare, oferind o suprafață extinsă pentru atașarea și dezvoltarea celulelor.

Nanofibrele au fost acoperite ulterior cu diferite forme de fosfat de calciu:

• monetită;
• brushită;
• fosfat de calciu dopat cu ceriu, tratat la 500°C;
• fosfat de calciu dopat cu ceriu, tratat la 800°C.

Fosfații de calciu sunt utilizați în cercetarea biomaterialelor deoarece au o compoziție apropiată de componenta minerală a osului și pot susține procesele de atașare și activitate celulară asociate formării țesutului osos.

Tehnologia laser a păstrat structura nanofibrelor

Depunerea straturilor minerale a fost realizată prin tehnologia MAPLE – Matrix-Assisted Pulsed Laser Evaporation. Metoda utilizează impulsuri laser aplicate unei ținte înghețate, din care materialul este transferat sub forma unui strat subțire pe suprafața nanofibrelor.

Față de alte metode de acoperire care implică temperaturi sau energii ridicate, MAPLE permite procesarea materialelor polimerice sensibile fără deteriorarea semnificativă a structurii lor.

Analizele prin microscopie electronică, spectroscopie și măsurarea diametrului fibrelor au arătat că fosfații de calciu au fost depuși cu succes, iar arhitectura tridimensională și porozitatea rețelelor de nylon au fost în mare parte păstrate.

Morfologia stratului mineral a diferit însă în funcție de compoziție și de temperatura de procesare. Fosfatul dopat cu ceriu și tratat la 800°C a format agregate mai mari, care au obstrucționat local porii și ar putea reduce accesul uniform al celulelor la suprafața materialului.

Brushita a produs cel mai bun răspuns celular timpuriu

Biocompatibilitatea materialelor a fost evaluată în laborator folosind preosteoblaste MC3T3-E1, celule implicate în etapele premergătoare formării țesutului osos.

După 48 de ore, toate nanofibrele acoperite cu fosfați de calciu au susținut activitatea metabolică a celulelor. Cea mai mare valoare a fost observată în cazul fibrelor acoperite cu brushită: aproximativ 178,5% în raport cu celulele cultivate pe suprafața de control.

Nanofibrele din nylon fără strat mineral au înregistrat o valoare de aproximativ 108%, diferența față de control nefiind semnificativă statistic. Materialele care conțineau fosfat dopat cu ceriu au produs, de asemenea, creșteri semnificative ale activității metabolice, dar mai reduse decât cele observate pentru brushită.

Imaginile obținute prin microscopie electronică au indicat atașarea și răspândirea preosteoblastelor pe fibrele mineralizate. În cazul agregatelor mari formate după tratamentul la 800°C, distribuția celulelor a fost mai puțin uniformă.

Un material aflat încă în etapa cercetării preclinice

Rezultatele sugerează că asocierea dintre electrofilare și depunerea MAPLE poate fi utilizată pentru fabricarea unor suporturi fibroase personalizabile, în care structura mecanică a nylonului este combinată cu bioactivitatea fosfaților de calciu.

Compoziția stratului mineral, dimensiunea particulelor și condițiile de procesare pot fi ajustate în funcție de proprietățile urmărite. Pe termen lung, astfel de materiale ar putea fi studiate pentru reconstrucția defectelor osoase, inclusiv în chirurgia cranio-facială și în aplicațiile stomatologice.

Autorii subliniază însă necesitatea unor experimente suplimentare. Studiul a evaluat răspunsul unei linii celulare timp de numai 48 de ore, în condiții de laborator. Sunt necesare culturi de durată mai mare, măsurarea markerilor de diferențiere osteogenică, testarea proprietăților mecanice și studii in vivo înainte de a putea fi discutată utilizarea clinică.

Cercetarea face parte din studiile doctorale ale Andreei Trifan, coordonate de prof. dr. ing. Cristina Busuioc. Potrivit Centrului de Inovație și e-Health al UMF „Carol Davila”, proiectul urmărește transferul cercetării fundamentale către dezvoltarea unor biomateriale cu potențial pentru medicina regenerativă.

Referințe:

Trifan, A.; Popescu-Pelin, G.; Popescu, R.-C.; Cristea, D.-D.; Liciu, E.; Busuioc, C. MAPLE Deposition of Resorbable Calcium Phosphates on Electrospun Nylon Nanofibres for Bone Tissue Engineering. Materials 2026, 19, 2375. https://doi.org/10.3390/ma19112375

⚠ Disclaimer: Informațiile prezentate de Medic24 au scop educativ și/sau informativ. Ele nu înlocuiesc consultul medical. Diagnosticul și tratamentul pot fi stabilite doar de un medic.