ORIGINAL

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Estudio de la regeneración ósea mediantela implantación endomedular de biomateriales

Study of bone regeneration by endomedullarimplantation of biomaterials1 Unidad Docente de Traumatología. Dpto. de Cirugía Salvado Muñoz M.12 Dpto. de Anatomía e Histología humanas. Facultad de Medicina Martín Rodriguez A. P.1

Universidad de Salamanca Collia Fernández F. 2

Domínguez Hernández J.1Blanco Blanco J.1

Pérez de la Cruz Mª A. 2

Cardoso Muñoz A. 2

De Pedro Moro J. A.1

Correspondencia:Manuela Salvado MuñozUnidad Docente de TraumatologíaDpto. de CirugíaFacultad de MedicinaUniversidad de SalamancaAvda. Alfonso X «El sabio», s/n37007 SALAMANCATelf 923 294400 Ext. 1965Fax 923 294558 E-mail: a21431@usal.es

Trabajo subvencionado con becas deinvestigación 2002-2003 Fundación MAPFREMedicina

RESUMENAnte una pérdida ósea en la clínica tras un accidente, un tumor o

una infección se plantean diferentes posibilidades de reconstrucción.Un modelo experimental válido para el estudio de la osteorregenera-ción se basa en la resección de un defecto diafisario suficiente para im-pedir la reparación espontánea. La originalidad del tema elegido se ci-menta en la utilización, in vivo en un animal de talla media (conejo),de un biomaterial que está compuesto de una base estructural de poli(metacrilato de metilo) (PMMA) (serie 1), al que se añade hidroxiapati-ta (HA) como material osteoconductor (serie 2) y además, un factor decrecimiento fibroblástico (FGF) como osteoinductor. (serie 3). Tras 2, 4y 8 semanas después de la resección (20mm) e implantación endome-dular de los tres tipos de barras (25mm de longitud), se procede al aná-lisis radiológico e histológico. Parece que la reparación esta influida porpropiedades mecánicas de estabilidad, fuerza y carga. La regeneraciónósea en el presente modelo sigue un patrón de desarrollo que va desdelos extremos de resección diafisario a la zona media y siempre a ex-pensas de la cortical radial. De los tres modelos de barras utilizados, losformados por PMMA, HA y bFGF, presentan un proceso de reparaciónmás avanzado, hecho observado tanto radiológica como histológica-mente.

Palabras clave: Biomateriales, regeneración ósea.

Salvado Muñoz M., Martín Rodriguez A. P., Collia Fernández F.,Domínguez Hernández J., Blanco Blanco J., Pérez de la Cruz Mª A.,Cardoso Muñoz A., De Pedro Moro J. A.Estudio de la regeneración ósea mediantela implantación endomedular de biomaterialesPatología del Aparato Locomotor, 2005; 3 (1): 24-30

ABSTRACTFaced with bone loss after an accident, different possibilities for re-

construction can be considered dependent on presence of a tumour orinfection. A valid experimental model for the study of osteoregenera-tion is based on the resectioning of a faulty diaphyseal, sufficientlydamaged to impede spontaneous healing. The origins of the chosen top-ic are founded in vivo in an animal of average size (a rabbit); of bio-material that is composed of a structured basis polymethyl methacry-late (PMMA) (series 1), to which hidroxyapatite (HA) is added asosteoconductor material (series 2) and also a fibroblast growth factor(FGF) as osteoinductor. (Series 3). 2, 4 and 8 weeks after the resection(20mm) and endomedular implants of the three types of bars (25mm oflength), radiological and histological analysis is carried out. This analy-sis is done without decalcification. The histological technique ‘Von Kos-sa and Goldner’ is used for this histological study. It seems that healingis influenced by mechanical properties of stability, force and load. Inthe present model, the osseous regeneration follows a definite path thatgoes from the extremities of diaphyseal resection to the middle areaand is always at the expense of the radial cortical. Of the three types ofbars used, those formed by PMMA, HA and FGF, show a more advancedrepair process, visible as much in radiological analysis as histological.

Key words: Biomaterials, bone regeneration.

Salvado Muñoz M., Martín Rodriguez A. P., Collia Fernández F.,Domínguez Hernández J., Blanco Blanco J., Pérez de la Cruz Mª A.,Cardoso Muñoz A., De Pedro Moro J. A.Study of bone regeneration by endomedullar implantationof biomaterialsPatología del Aparato Locomotor, 2005; 3 (1): 24-30

Biomateriales en hueso

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INTRODUCCIÓN

La utilización de biomateriales de diversa na-turaleza diseñados para la sustitución de tejidoóseo, en lesiones de gran pérdida de hueso,constituye uno de los principales temas de in-vestigación básica en traumatología.

La naturaleza de los materiales utilizados pa-ra tales fines hasta la actualidad es de origen sin-tético, o de origen natural. Los materiales de ori-gen natural corresponden al hueso tantohomólogo como heterólogo, derivados óseos ypolímeros naturales, como el colágeno. Los ma-teriales sintéticos consisten en ciertos metales,polímeros biodegradables y fosfatos cálcicosque pretenden imitar a los de origen natural co-mo corales y otros (1)

Dejando atrás los materiales sintéticos metá-licos los cuales siguen siendo de gran uso en laclínica, la búsqueda de un «biomaterial ideal»para las lesiones citadas intenta reproducir losbeneficios de los injertos sin llegar a tener quetomar parte de ellos.

Un «biomaterial ideal» debe describirse paracada tipo de lesión, su localización y cada pa-ciente, pero de modo general se puede definircomo un material que presenta las siguientespremisas: Ser biocompatible, no tóxico y en elmejor de los casos ser biodegradable.

El déficit de hueso en determinadas zonasdel esqueleto, supone un mayor problema, queen otras zonas. Así la pérdida de gran cantidadde tejido óseo, tanto en extremidades superiorescomo inferiores, constituye una problemáticaactual, que aumenta a causa de la actividad dia-ria. Los elementos esenciales para la reparaciónde este tipo de lesiones según Ip W. (2) son; enprimer lugar la presencia de osteoblastos y fac-tores osteogénicos, en segundo, un andamiajeen tres dimensiones, en definitiva las caracterís-ticas de osteindución y osteocondución descri-tas por otros autores (3, 4). Por último, un nue-vo suplemento sanguíneo, que probablementesea el factor limitante en estas lesiones (2).

En el presente trabajo se pretende estudiar,las características de diversos biomateriales ais-lados o formando parte de la misma formula-ción, mediante la creación de un defecto de 2.5cm de longitud en el cúbito de conejo. Con di-cho defecto crítico se genera una lesión de talenvergadura que el propio hueso es incapaz de

recuperarse mediante la regeneración naturaldel hueso (5), de modo que los procesos de re-paración estudiados estarán llevados a cabo porla influencia de los biomateriales. La naturale-za de los biomateriales utilizados, intentan con-seguir el éxito de la reparación siguiendo dos delas premisas descritas anteriormente. Se utiliza-ra un factor osteogénico u osteoinductor el fac-tor de crecimiento fibroblástico básico (bFGF), ycomo andamiaje o material osteoconductor lahidroxiapatita (HA).

MATERIAL y MÉTODOS

Se diseñaron varillas cilíndricas de poli(meta-crilato de metilo) PMMA, de 1,5 mm de diámetroy 2,5 cm de longitud, las cuales llevaban 5 ó 6 fi-bras de vicryl V-325-H (hilo de sutura reabsorbibletrenzado de 0,5 mm de diámetro a base de poly-glactine 910 (copolimero de ácido glicólico y áci-do láctico). Dichas fibras van colocadas en formade haces longitudinalmente en la varilla. El grupoI presenta varillas de poli(metacrilato de metilo)PMMA conteniendo en su interior dicho polímeroy las fibras de hilo de sutura de vicryl dispuestaslongitudinalmente. La composición aproximadade las mismas es de 70% en peso de PMMA y un30% en peso correspondiente a las fibras devicryl. Las varillas del grupo II se prepararon de lamisma forma que las anteriores, pero en este casoademás se utiliza una mezcla de HA y metacrila-to de metilo. La composición media de las varillasfue aproximadamente de; 25% en peso de vicryl,30% en peso de HA, 45% en peso de PMMA. Porúltimo, el grupo III estaba formado por las varillassimilares a las del grupo II pero que en este casose añadía un recubrimiento de poli(metacrilato dehidroxietilo) el cual, contiene el factor de creci-miento fibroblástico básico (bFGF).

Técnica quirúrgica

Previa anestesia general y respiración asisti-da, se coloca al animal en posición de decúbitolateral. Se realiza una incisión longitudinal so-bre la superficie externa del antebrazo, inci-diendo la piel y la aponeurosis hasta llegar alperiostio. Una vez expuesto el cúbito se proce-de a su desperiostización y resección de la mi-tad central del hueso mediante el empleo de

Biomateriales en hueso

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po III son evidentes ya que presenta las caracte-rísticas necesarias para la reparación de lesionescon defectos críticos. Por una parte, la HA permi-te que las células se alojen sobre su estructura di-rigiendo la formación del nuevo hueso a lo largodel defecto (7, 8), aunque quizás hubiera sidomás efectiva con una mayor porosidad (9). Conrespecto al bFGF, este acelera todo el proceso dereparación activando la síntesis de células osteo-formadoras. En estudios in vitro (10), se ha vistoque tiene un alto potencial mitogénico sobre cé-lulas mesenquimales en la formación de preoste-oblastos (11) Estudios in vivo realizados en co-nejo (12) y rata (13), muestran la estimulación dela formación intraósea. Además se ha visto queinhibe la diferenciación de osteoclastos directa eindirectamente (14). Por esto, el grupo III, pre-senta una reparación más precoz que el resto delos grupos estudiados.

Se ha descrito en la literatura (2), de modogeneralizado en humanos, que probablementelas lesiones con un defecto mayor de 2.5 cm re-quieren injerto y las mayores de 7 cm requiereninjerto vascularizado, siendo el aporte sanguí-neo el factor limitante en estas lesiones. Pero apesar de esta generalización, realizada despuésde múltiples estudios (5, 6, 15), concluyen quedependiendo del animal y la localización de lalesión el tamaño crítico del defecto es distinto.

En el presente estudio, el defecto creado esde 2.5 cm, por tanto según Ip W. (2) sin la utili-zación de injerto la reparación podría tener éxi-to. Pero si nos basamos en las afirmaciones deotros autores (5, 6, 15), dicho tamaño en cúbitode conejo sobrepasa el tamaño del defecto críti-co. Además cuando un defecto es crítico, el es-pacio entre los extremos del defecto son invadi-dos por músculo y tejido fibroso evitando laformación de tejido óseo (2). Por tanto, podría-mos decir que el modelo formulado en este tra-bajo cumple con el objetivo planteado que es laestimulación, por parte de los biomaterialescontenidos en las varillas, de la formación óseaen un defecto crítico.

De cualquier manera, aún quedan muchosaños de investigaciones para encontrar el siste-ma que no sólo cumpla el objetivo de formaciónósea en un defecto crítico, sino que lo haga enun tiempo y con una calidad precisa. Hasta elmomento tanto cirujanos como investigadoresestán de acuerdo con el existo de los injertos a

pesar de sus desventajas. Pero obviando dichatécnica, el éxito se conseguiría mediante mate-riales con características osteoinductivas, osteo-conductivas, biodegradables y con porosidad.En los últimos años también se ha optado por laimplantación de cultivos celulares, pero en estecaso también se requiere un soporte para la lo-calización de dichos cultivos.

Se ha debatido sobre la utilización de fijado-res internos o externos en grandes defectos óseos.Unos autores optan por fijadores externos (16,17) y otros (18), al igual que en el presente traba-jo, optan por los fijadores internos. El distintoacercamiento entre los extremos de la lesión pue-de tener distintas consecuencias en la estimula-ción mecánica de los implantes y los extremos deresección diafisarios. Según Martín et al (19), qui-zá dicha estimulación mecánica sea mayor por lautilización de un fijador externo (elástico) y me-nor o nula por la utilización de un fijador interno(rígido). Pero las desventajas que puede tener lacolocación de placas y tornillos, como fijadoresexternos que necesitan su posterior extracción;sobre la utilización de uno o diversos biomateria-les (sean a no biodegradables) como fijadores in-ternos, hace plantearnos de nuevo la cantidad depremisas que hay que tener en cuanta a la horade estudiar y tratar una lesión que conlleve undefecto de tamaño crítico.

CONCLUSIÓN

El modelo de enclavado endomedular para lafijación, consolidación y reparación de lesionescon defectos óseos de tamaño crítico, presentafiabilidad, para el estudio de la capacidad oste-oinductiva y osteoconductora de distintos bio-materiales. De los tres modelos de varillas utili-zados, los formados por PMMA, HA y bFGF,presentan los mejores resultados tanto radiológi-cos como histológicos.

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M. Salvado Muñoz, A. P. Martín Rodriguez, F. Collia Fernández, et al.

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