Colágeno tipo 1
2.8.8.3 Glicosaminoglicanos
Al igual que las matrices de colágeno tipo I, las que consisten en colágeno/glicosaminglicanos se han estudiado en una variedad de experimentos. La mayoría de las matrices están reticuladas, lo que retrasa la reabsorción y preserva la integridad del andamio durante más tiempo (Pieper et al., 2000b). Por lo tanto, el uso o no de reticulación depende de la aplicación y del tiempo que se considere necesario para que el andamio o el revestimiento permanezcan in situ. Especialmente para los recubrimientos, esto reduce la necesidad de reticular, ya que la preservación de una estructura tridimensional y porosa no es un problema aquí, y la mayoría de los experimentos indican que el efecto de los recubrimientos es comparativamente temprano.
Entre los glicosaminoglicanos, el ácido hialurónico ocupa una posición algo separada. Debido a su estado no saturado, hay poca interacción con factores de crecimiento u otros componentes de la MCE; el principal efecto de la HyA es a través de su tamaño (véase también la sección 2.8.3). Hay algunas aplicaciones como sustituto dérmico, donde se demostró que las membranas de colágeno / HyA tienen una buena compatibilidad y una baja irritabilidad(Koller et al., 2000), pero en la mayoría de los casos se utilizaron los GAGS sulfatados.
Si los GAGs se combinan con matrices de colágeno, hay una variedad de efectos, como influir en el proceso de inflamación y la respuesta a cuerpos extraños, una observación que se ha reportado repetidamente. En ratas, tanto el CS como el HS en combinación con colágeno ayudan a la generación de nuevo tejido huésped con solo una respuesta inflamatoria transitoria y una reacción reducida a cuerpos extraños (Pieper et al., 2000b), y se informó que la actividad de los macrófagos se redujo notablemente alrededor de la capa de colágeno/CS de titanio (Rammelt et al., 2007).
En la integración ósea de los implantes, incluidos los GAGs, también se han obtenido resultados positivos, aunque se puede esperar que los mecanismos sean algo diferentes. Se encontró consistentemente que los recubrimientos de colágeno / CS dan un mayor volumen óseo y contacto con implantes óseos que el colágeno solo para implantes de titanio en la mandíbula minipig juvenil y adulta (Stadlinger et al., 2008c); de nuevo, estos efectos se encontraban en la fase inicial y se estabilizaron después de 2 meses (Stadlinger et al., 2009). Curiosamente, el par de extracción de los implantes de colágeno / CS en la tibia de las ovejas se encontraba en la región de los recubrimientos de hidroxilapatita (1153 frente a 1088 Mm para colágeno / CS) y más alto que el colágeno (900 Mm) a pesar de que después de 2 meses las diferencias en la aposición ósea ya no eran significativas (Ferguson et al., 2008).
Los recubrimientos de colágeno con sHyA bajo en sulfatos también aumentaron significativamente la densidad del volumen óseo en comparación con el control sin recubrimiento después de 8 semanas de curación sumergida; curiosamente, un aumento del grado de sulfatación de la mordaza (sHA alto sulfatado) no mostró un aumento comparable (Stadlinger et al., 2012). Obviamente, los bajos niveles de sulfatación de los derivados de CS y sHyA son beneficiosos para la formación de hueso periimplantario, mientras que un grado de sulfatación más alto tiene un efecto perjudicial. Sin embargo, los efectos precisos de collagen-CS y collagen-sHyA in vivo aún no se han aclarado y requieren más investigaciones.
A nivel celular, tanto para el colágeno como para el colágeno/CS, hubo una aparición más rápida de tipos celulares relevantes en comparación con los implantes no recubiertos con grid blasted, y la diferenciación osteoblástica y la actividad osteoblástica aumentaron tanto alrededor del colágeno (Sverzut et al., 2012) y colágeno/CS (Rammelt et al., 2007). Esto resulta en una remodelación ósea significativamente mejorada en las primeras etapas de la curación ósea, que se refleja en el contacto del implante óseo después de 4 semanas: 89% para colágeno/CS, 76% para colágeno y 62% para implantes sin recubrimiento (Rammelt et al., 2006). Además, la actividad de los macrófagos y los osteoclastos se redujo notablemente alrededor de los recubrimientos de colágeno/CS en un modelo de rata, lo que concuerda con las observaciones realizadas en los estudios angiogénicos (Rammelt et al., 2007). El impacto de la topografía de la superficie y el modelo animal se ilustra por el hecho de que en la mandíbula de foxhound, para las muestras de titanio mecanizadas y grabadas al ácido, el contacto del implante óseo se mejoró con recubrimientos de colágeno/CS en ambos casos, pero las diferencias fueron significativas solo para las superficies mecanizadas (Schliephake et al., 2009).
El uso de factores de crecimiento en la regeneración de tejidos ha dado lugar al desarrollo de una serie de portadores, pero un inconveniente importante sigue siendo el hecho de que se deben utilizar cantidades muy altas de factores de crecimiento para lograr los efectos deseados. Las cantidades más pequeñas que se pueden lograr inmovilizando por adsorción, por ejemplo, BMP-2 a los recubrimientos de colágeno, a menudo no tienen un efecto significativo in vivo (Schliephake et al., 2005), aunque los resultados del cultivo celular han sido prometedores. Este es ciertamente un aspecto en el que la inclusión de componentes de la matriz que se sabe que interactúan con los factores de crecimiento puede ser útil, y se ha descrito que los gicosaminoglicanos interactúan con los factores de crecimiento. El uso de matrices que incluyen estos componentes para mejorar la capacidad de los recubrimientos aECM para unir y entregar factores de crecimiento es, por lo tanto, un enfoque lógico. Para el hueso, la mayor parte del interés se centra en las BMPs; se sabe que BMP-2 y BMP-4 inducen la formación ósea cuando se liberan de portadores como los vellones de colágeno in vivo. Utilizando las altas cantidades de BMP que son necesarias para inducir una respuesta (que generalmente están en el rango de µg), las matrices de colágeno/heparina mejoran la diferenciación osteoblástica inducida por BMP no solo in vitro, sino también in vivo, el mecanismo posiblemente sea la protección de los factores de crecimiento de la degradación y una inhibición de los antagonistas de BMP (Zhao et al., 2006). Para cantidades de BMP más bajas, como las que se podrían inmovilizar en recubrimientos bidimensionales de implantes de titanio, la situación es diferente. Aquí tampoco se pudo ver ningún efecto BMP(Schliephake et al., 2009), o perjudicial. En la mandíbula minipig, el contacto del implante óseo para colágeno/CS fue del 40%, pero para colágeno/CS/BMP-4 solo del 27% (Stadlinger et al., 2007, 2008b). Esto indica que, para utilizar la gama completa de aECM potencial que puede ofrecer, aún queda mucho por aprender sobre cómo los componentes de ECM y los factores solubles interactúan entre sí, así como con las células y proteínas del tejido huésped en el proceso de curación.
Otro aspecto es la angiogénesis. Se ha descrito que los GAGS juegan un papel en inducirlo y promoverlo, algo de suma importancia, especialmente en construcciones tridimensionales. Aquí son de interés los biomateriales que pueden codificar señales matricelulares que regulan y mejoran la progresión vascular al reproducir la interacción natural existente entre la matriz, las células y los factores angiogénicos. En un modelo de rata, las matrices de colágeno con HS o heparina mostraron una angiogénesis mejorada sobre el colágeno solo (Pieper et al., 2000b; Steffens et al., 2004), con el inconveniente de que este aumento de la vascularización fue solo en la periferia y probablemente transitorio (Pieper et al., 2002). Esto podría superarse mediante la adición de factores de crecimiento: El VEGF aumentó aún más el potencial angiogénico de las matrices de colágeno/heparina (Steffens et al., 2004), y bFGF en combinación con colágeno/HS resultaron en armazones que permanecieron vascularizados a lo largo de la matriz durante un período de implantación de 10 semanas. Además, revelaron una respuesta tisular intensa y prolongada y promovieron considerablemente la generación de nuevos tejidos(Pieper et al., 2002). El hecho más interesante aquí es que agregar bFGF a la matriz de colágeno tuvo el mismo efecto transitorio y periférico que la matriz de colágeno/HS sin el factor de crecimiento, lo que indica que no solo el HS afecta directamente a la angiogénesis, sino que puede trabajar sinérgicamente con bFGF. La inclusión de HyA en una ubicación específica de la matriz puede ser de mayor interés, ya que el aumento de HyA en andamios de colágeno funciona de una manera opuesta a HS y heparina, inhibiendo la germinación, y la combinación podría utilizarse para dirigir el crecimiento de los vasos (Borselli et al., 2007).
