LABRET

 

INGENIERÍA TISULAR PARA LA REGENERACIÓN ESQUELÉTICA

 

Desarrollo herramientas terapéuticas basadas en células madre mesenquimales, factores de crecimiento y biomateriales poliméricos para la regeneración del tejido cartílaginoso

 

Investigador responsable: José Becerra Ratia

 

Miembros:

> José Antonio Andrades Gómez
> Silvia Claros Gil
> Pedro Jiménez Palomo
> Pilar Arrabal García
> Rick Visser
> Leonor Santos Ruiz
> Manuel Cifuentes
> Gustavo Rico Llanos
> Rosa Belmonte

Proyectos activos:

- Título del Proyecto: Titanio poroso con recubrimiento nano y microestructurado y su funcionalización con moléculas osteoinductoras y células para aplicaciones ortopédicas. Referencia: (P11-CVI 07245)
- Entidad Financiadora: Consejería de Economía e Innovación. Junta de Andalucía
- Duración:  27 marzo 2013 a 26 marzo 2016
- Investigador Principal: José Becerra Ratia
- Participantes: Afonso Martin, Hernando; Andrades Gómez, José Antonio; Arrabal García, Pilar María; Cifuentes Rueda, Manuel; Claros Gil, Silvia; Deviaene , Sebastiaan; Guerado Parra, Enrique; Monopoli Forleo, Donato; Santos Ruiz, Leonor; Visser , Rick; Zamora Navas, Plácido
- Resumen: Este proyecto propone el diseño y fabricación de material original para implantes y su funcionalización molecular y celular con el fin de dar respuesta a los problemas de osteointegración habituales en la cirugía ortopédica actual, afectada de un alto índice de fracaso protésico articular (cadera y rodilla). Pretende soluciones innovadoras que integren la función de soporte de un implante poroso con la capacidad regenerativa de células y biomoléculas. Para ello, se ha formado un equipo multidisciplinar en torno a un grupo matriz de la Universidad de Málaga, que añade a la biología celular las posibilidades de la ingeniería de materiales, el diseño industrial y la modelización computacional, todo ello al servicio de la ingeniería de tejidos que trata de ser útil a la cirugía ortopédica, a través de la medicina regenerativa.El objetivo principal de este Proyecto es sustituir con hueso de nueva generación, parte del volumen actualmente ocupado por el implante. Para ello se optimizará el diseño de los implantes y su comportamiento biomecánico para reducir su volumen sin comprometer la estabilidad primaria, con objeto de reducir el espacio ocupado por el implante al 20% del espacio actualmente en uso. Partiremos de una aleación de titanio Ti6Al4V ELI, que tiene gran resistencia mecánica y a la corrosión, a la vez que es ligero, biocompatible, osteoconductor y, además, no ferro-magnético. Se realizará sinterizado metálico, una técnica de fusión selectiva de polvo metálico capa a capa, por medio de un haz de electrones EBM (Electron Beam Melting). Para este proyecto se cuidarán los aspectos microscópicos del diseño, y los nanoscópicos de sus acabados superficiales, con el propósito de generar una interfase biológica de comunicación entre los poros del implante (geometría, acabado , flexibilidad, resistencia) y su relleno vivo. Para incrementar la biocompatibilidad y osteoconducción se usarán los dos biomateriales más efectivos: los respectivos componentes inorgánico y orgánico mayoritarios del hueso, la hidroxiapatita (HA) y el colágeno tipo I. El primero recubrirá el metal, a modo de una fina capa micrométrica depositada espontáneamente, que ofrece una superficie nanométrica de cristales de apatita. Por su parte, el colágeno fibrilar rellenará espacios mayores en forma de esponja reabsorbible. Así se crea un implante bifásico donde el metal aporta fundamentalmente la biomecánica necesaria, mientras que el colágeno y la HA actuarán como núcleos de osificación para arraigar en la estructura microporosa del titanio, a la vez que aumentar la osteointegración del implante con el hueso del huésped. Una segunda estrategia para aumentar la bioactividad de los implantes será su activación con péptidos y/o proteínas osteoinductoras. Se utilizarán péptidos biomiméticos Arginina-Glicina-Ácido aspártico (RGD) y proteína morfogenética de hueso (BMP-2) en forma de quimeras con dominios de unión a HA y a colágeno tipo I para funcionalizar estos biomateriales. Finalmente, como elementos osteoinductores supremos, se adsorberán a los implantes células madre mesenquimales (MSCs) con objeto de mejorar las posibilidades de generación de hueso en aquellos casos en los que las células del huésped sean incapaces o insuficientes. Se realizarán tandas de experimentos in vitro para explorar las posibilidades de las diferentes combinaciones. Las condiciones más favorables se ensayarán en implantes ectópicos in vivo de donde se extraerán las conclusiones que nos permitan pasar a experimentar en un modelo animal de gran talla (oveja). Los análisis moleculares, bioquímicos, histológicos y biomecánicos nos permitirán hacer una propuesta de ensayo clínico al final del proyecto.

 

- Título del Proyecto: Desarrollo de una composición para el tratamiento de defectos óseos, basada en implantes de titanio-colágeno con funcionalización biológica. Referencia: BIO2012-34960
- Entidad Financiadora: Ministerio de Economía y Sostenibilidad
- Duración:  1 de enero 2013 a 31 de diciembre 2015
- Investigador Principal: José Becerra Ratia
- Participantes: Zamora Navas, Placido; Visser, Rick; Arrabal García, Pilar Mª; Amat Trujillo, Daniel; Santos Ruiz, Leonor; Cifuentes Rueda, Manuel.
- Resumen: Este proyecto propone el diseño y desarrollo de compuestos implantables para defectos óseos basados en soportes de titanio y armazones (scaffolds) colagénicos, funcionalizados con proteínas, péptidos biomiméticos osteoinductores y células mesenquimales con el fin de dar respuesta a los problemas de osteogénesis y osteointegración habituales en la cirugía ortopédica. Pretende soluciones innovadoras que integren la función de soporte de un implante metálico poroso con la capacidad regenerativa de células y biomoléculas.El objetivo básico es sustituir con hueso de nueva generación, autólogo, parte del volumen de un soporte de titanio capaz de rellenar un defecto óseo cualquiera. Para ello se optimizará el diseño de las piezas experimentales y su comportamiento biomecánico, reduciendo la masa sin comprometer la estabilidad primaria, de forma que el espacio ocupado por el titanio se limite al 20% del volumen del implante. Partiremos de una aleación de titanio Ti6Al4V ELI, que tiene gran resistencia mecánica y a la corrosión, a la vez que es ligero, biocompatible, osteoconductor y no ferro-magnético. Las piezas se realizarán por sinterizado metálico, una técnica de fusión selectiva de polvo de titanio capa a capa, por medio de un haz de electrones EBM (Electron Beam Melting), capaz de reproducir cualquier diseño 3D previamente introducido en su sofware.Para propiciar la formación de hueso en los espacios que deja el titanio, se realizará un relleno previo de colágeno tipo I, a modo de esponja, como el mejor osteoconductor reabsorbible, capaz de ser infiltrado después por los elementos osteoinductores. La bioactividad del constructo se conseguirá con péptidos y/o proteínas osteoinductoras. Se utilizarán péptidos biomiméticos (RGD) y proteína morfogenética de hueso (BMP-2) en forma de quimeras con dominios de unión a colágeno tipo I para asegurar su unión específica y su liberación paulatina (CBD-RGD y rhBMP2-CBD). Finalmente, como elementos osteoinductores últimos, se adsorberán a los implantes células madre mesenquimales (MSCs) con objeto de mejorar las posibilidades de generación de hueso en aquellos casos en los que las células del huésped sean incapaces o insuficientes.Los diferentes constructos se ensayarán in vitro, e in vivo, en este caso en implantes ectópicos en rata y ortotópicos en cóndilo femoral de conejo, en una secuencia lógica que permita ir acotando las condiciones de máxima eficiencia. Se realizarán análisis moleculares, bioquímicos, histológicos, biomecánicos y de imagen por bioluminiscencia no invasiva y microTC, que nos permitan extraer conclusiones precisas para hacer una propuesta de ensayo clínico al final del proyecto.Simultánemente, se realizará un abordaje preclínico en una situación propicia que nos permita testar la viabilidad de nuestra propuesta en artrodesis vertebral, como una de las intervenciones en las que existe un porcentaje considerable de fracaso por los procedimientos habituales.

 

- Título del Proyecto: Red de Terapia Celular. Referencia: RD12/0019/0032
- Entidad Financiadora: Ministerio de Economía y Sostenibilidad. Instituto de Salud Carlos III
- Duración:  2013-2016
- Investigador Principal: José Becerra Ratia
- Participantes: Enrique Guerado Parra; Placido Zamora Navas; Manuel Cifuentes Rueda; Pilar Arrabal Garcia; Leonor Santos Ruiz; Jose Maria Lopez-Puerta Gonzalez; Jose Antonio Andrades Gomez; Silvia Claros Gil; Pedro Jimenez Palomo; Maria Aranzazu Diaz Cuenca; Eva Jimenez Enjuto; Maria Lourdes Ramiro Gutierrez; Rick Visser; Ana Cervan De La Haba; Encarnacion Cruz Ocaña; Juan Ramon Cano Porras; Daniel Amat Trujillo.
- Resumen: The use of Stem Cells as a therapeutic tool for a number of osteoarticular, inflammatory, autoimmune metabolic and degenerative diseases represents one of the more promising areas of biomedical research; however, after more tan 15 years of an exponential increase in the basic knowledge, the promise to translate all those findings to clinical application has not been achieved (Sipp D. Neuron, 2011). There is only one cell therapy product that has obtained market authorization in the EU and despite several hundred of phase II clinical trials, there is almost complete lack of robust efficacy data from phase III trials. Currently there are a number of bottlenecks that prevent this translation, from the difficulties to establish business models that make these therapies attractive to industry, to the need of standardization of cell products, increase the understanding of mechanisms, or development of optimized new cell and tissue engineering products with improved performance (Trounson A. Nat Cell Biol, 2012).The Spanish cell therapy network (TerCel) has developed an intense activity during the last 5 years in order to tackle some of these questions and to build proof of concept that cell therapy may have an impact on public health. While the osteo-inflammatory-hematopoietic-metabolic group (OSIHMeta) has already been able to consolidate a range of activities during the initial call of RETICs, in this new proposal the goal is to reinforce the networking so that we may focus our research increasing the translational capacity of TerCel. The main scientific goal of our proposal is to develop therapies based on the use of (stem) cells for the treatment of patients with an array of diseases (osteoarticular, degenerative, immunological, inflammatory, and metabolic). Common themes that will be addressed are: 1) identification of only 1 or 2 cell types, 2) characterization and improvement of their functional properties by means of cell modification and tissue engineering approaches; 3) upscale of cell therapy products under GMP conditions and 4) development of proof of concept therapies both in animal models and pilot clinical trials.

 

- Título del Proyecto: Reparación y Regeneración de Defectos Óseos Segmentarios Mandibulares. Modelo Preclínico Basado en Ingeniería de TejidosReferencia: PI-0555-2013.
- Entidad Financiadora: Consejería de Igualdad, Salud y Políticas Sociales de la Junta de Andalucía 
- Duración:  2014-2015
- Investigador Principal: Leonor Santos Ruiz
- Participantes: José Becerra, Manuel Cifuentes, Pilar Mª Arrabal, Rick Visser, Eva Jimenez, Fran Granados, José Ignacio Yañez, Francisco Ruiz, María Prado, Sergio Postigo Pozo, Leopoldo Laricchia-Robbio.
- Resumen: La osteonecrosis mandibular, o degeneración del hueso de la mandíbula, es una patología que suele presentarse como efecto secundario de la radioterapia con que se tratan los procesos oncológicos en cabeza y cuello, o después de tratamientos prolongados con bifosfonatos. Su único tratamiento posible consiste en la resección del hueso dañado seguida de una reconstrucción anatómico-funcional con placas metálicas e implantes de diversos materiales. Debido a la dificultad técnica y la mala calidad del hueso del paciente, dicha reconstrucción quirúrgica rara vez es satisfactoria. Por tanto, se trata de una patología que necesita actuaciones quirúrgicas innovadoras que mejoren la baja tasa de recuperación funcional y al alto deterioro estético. El desarrollo de nuevas tecnologías de sinterizado metálico ha abierto el campo a la fabricación de prótesis personalizables, hechas a partir de TAC del paciente para darles la forma exacta del segmento extraído. Este tipo de prótesis podría solucionar el problema estético y funcional de la cirugía reconstructiva actual. No obstante, la mala calidad del hueso enfermo dificulta la osteointegración de un implante, cualquiera sea su composición y estructura. Este problema puede ser abordado por medio de la ingeniería de tejidos, que puede ofrecer soluciones regenerativas allí donde los tejidos residentes han perdido la capacidad para ello o la tienen muy disminuida como consecuencia de la edad o la enfermedad. Este proyecto propone combinar implantes con una alta porosidad, realizados por sinterizado metálico, con elementos de ingeniería tisular (biomaterial reabsorbible, biomoléculas osteoinductoras y células osteoprogenitoras), para crear una nueva generación de prótesis que aporten una solución a los pacientes afectados de osteonecrosis mandibular.

 

- Título del Proyecto: Terapia celular para la regeneración del cartílago articular en un modelo preclínico de oveja. Referencia: FIS PI13-00666.
- Entidad Financiadora: Ministerio de Economía y Competitividad (Instituto de Salud Carlos III) 
- Duración:  desde 01/01/2014 hasta 31/12/2016
- Investigador Principal: José A. Andrades Gómez
- Participantes: Silvia Claros Gil, José Mª López-Puerta González, Pedro Jiménez Palomo.
- Resumen: El cartílago hialino articular (CA) es un tejido con una muy limitada capacidad de autoregeneración, debido a su naturaleza avascular, aneural, alta complejidad de su matriz extracelular y baja proliferación de sus células. Además, se trata de un tejido especializado altamente estratificado tanto celular, bioquímica como biomecánicamente. Por ello, la reparación espontánea de las lesiones osteocondrales siempre cursan con la formación de un tejido fibrocartilaginoso, inadecuado. A pesar de que los tratamientos actuales son prometedores, todavía no se ha encontrado ningún procedimiento que pueda producir una regeneración satisfactoria del CA y del hueso subcondral. Desde el punto de vista de la ingeniería tisular y la medicina regenerativa, es crítico utilizar la fuente celular adecuada para llevar a cabo una terapia celular condroregeneradora eficaz. En consecuencia, y basándonos en los resultados recientes de nuestro grupo utilizando células madre mesenquimales (MSCs) adultas, en este proyecto estamos aplicando MSCs procedentes de médula ósea para la diferenciación condrogénica, con la finalidad de que permita la regeneración tisular y funcional del CA. Con los resultados que esperamos, pretendemos desarrollar un protocolo de implante celular, por medio de un biomaterial novedoso producido dentro del CIBER-BBN, en un modelo de lesión osteocondral de rodilla en oveja.