«El ácido fítico en la superficie de los implantes de titanio estimula las células óseas y disminuye la adhesión bacteriana»

Dra. Joana Mª Ramis, investigadora postdoctoral del Instituto Universitario de Investigación en Ciencias de la Salud de la Universidad de les Illes Balears (IUNICS-UIB)

Un equipo de investigadores españoles está desarrollando actualmente el proyecto PHYTECH cuyo objetivo principal es el desarrollo de nuevos implantes innovadores capaces de reparar y regenerar tejido óseo. Hablamos de los aspectos fundamentales que aborda y de sus beneficios con la Dra. Joana Maria Ramis, investigadora principal del estudio.

—¿Por qué nace el proyecto PHYTECH, cuál es su principal objetivo?
—Aunque los implantes óseos, dentales y ortopédicos tienen una elevada tasa de éxito, su fallo supone un impacto muy elevado. La investigación actual en implantes óseos se centra en mejorar su funcionamiento, desarrollando nuevos biomateriales que mejoren la integración del tejido alrededor del implante y con funcionalidades añadidas como una menor adherencia bacteriana. Las infecciones asociadas al uso de implantes constituyen una de las complicaciones más serias que pueden presentarse en Implantología, especialmente cuando se trata de pacientes ancianos. Así, el proyecto PHYTECH nace con el objetivo de desarrollar nuevos implantes con superficies bioactivas mediante el recubrimiento de la capa superficial con myo-inositol hexafosfato (IP6) que mejore las funcionalidades de los implantes actuales.

—¿Qué aspectos fundamentales aborda?
—La superficie desarrollada con nuestro proyecto pretende mejorar la integración del tejido alrededor del implante y disminuir el riesgo de infecciones.

—¿Qué organizaciones participan en el proyecto?
—El proyecto nace fruto de la colaboración público-privada entre dos empresas biotecnológicas españolas (Laboratoris Sanifit y Numat Biomedical), la Universitat de les Illes Balears (UIB) y el Centro de Investigación Biomédica en Red de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), perteneciente al Instituto de Salud Carlos III.

Numat Biomedical, entidad coordinadora del proyecto, tiene una amplia experiencia en el desarrollo de biomateriales avanzados que mejoren la regeneración ósea, como prótesis, implantes dentales, material quirúrgico o para ingeniería de tejidos. Se ha encargado de la optimización de las superficies y de la coordinación de los estudios de eficacia y seguridad in vivo.

Laboratoris Sanifit ha sido responsable de la fabricación y el control de calidad del fitato y de la esterilización de las superficies de titanio modificadas.

El grupo de investigación de Terapia Celular e Ingeniería Tisular (TERCIT) del Instituto de Investigación en Ciencias de la Salut (IUNICS) de la Universidad de las Islas Baleares (UIB) se ha encargado de realizar los experimentos in vitro con células óseas y del análisis de las muestras obtenidas de los experimentos in vivo con animales.

La Unidad de Caracterización de Superficies y Calorimetría, ubicada en la Universidad de Extremadura, de la ICTS NANBIOSIS (infraestructura del CIBER-BBN), ha llevado a cabo los ensayos de composición superficial mediante técnicas de caracterización de superficies (XPS y ToF-SIMs) y análisis de la respuesta microbiana de las superficies desarrolladas.

—¿Con qué financiación y ayudas han contado para llevar a cabo esta investigación?
—El proyecto se ha financiado con el programa INNPACTO, del Ministerio de Economía y Competitividad, con un presupuesto total de 671.036 euros.

—¿Qué cualidades y beneficios se persiguen para el diseño y desarrollo de nuevas superficies para implantes?
—La superficie de los implantes se ve expuesta directamente al organismo, por lo que la investigación actual en la ingeniería de superficies implantables se enfoca a mejorar la interacción entre el material y la materia viva. La modificación superficial es una estrategia habitual para mejorar la biocompatibilidad y la capacidad osteoconductiva de los implantes óseos. Los cambios de topografía a nivel micro y nanoscópico se utilizan frecuentemente para mejorar la oseointegración de los implantes de titanio (Ti). Sin embargo, la superficie del Ti solo es bioinerte, por lo que la investigación actual se centra en conseguir, mediante la modificación de la naturaleza química superficial, que superficies virtualmente inertes se vuelvan bioactivas, es decir, que muestren una interacción positiva con la diferenciación del tejido óseo que conduzca a una mayor adhesión e interconexión a lo largo de la interfase implante-huésped. Además, el desarrollo de superficies bioactivas puede suponer una puerta abierta para el uso de implantes óseos en pacientes con calidad ósea deficiente (por ejemplo, en pacientes diabéticos u osteoporóticos), que actualmente se ven privados de esta tecnología.

Otro de los problemas que deben ser solucionados para conseguir optimizar los resultados del tratamiento con implantes, son las infecciones asociadas a su uso, que surgen cuando el material es colonizado por microorganismos, los cuales llegan a formar sobre él biocapas que no son controlables por el sistema inmunológico y difícilmente con antibióticos. Las infecciones constituyen una de las complicaciones más serias que pueden presentarse en Implantología, especialmente cuando se trata de pacientes ancianos.

—¿Qué es el fitato y cuáles son sus funciones?
—El myo-inositol hexafosfato (IP6), también llamado ácido fítico o fitato, es una molécula abundante en semillas de vegetales y legumbres. En concreto, los granos contienen entre el 1,5 y el 6,4% de su peso seco como IP6, en su mayoría asociados con iones de calcio y magnesio. También está presente en todos los órganos y los tejidos de los animales en forma ionizada. No es sintetizada por los animales superiores, sino que se origina en la ingesta alimentaria de materia vegetal.

Se han descrito diferentes funciones biológicas para el IP6. Es importante destacar que actúa como un potente inhibidor de la cristalización de sales de calcio (calcificaciones), también ha sido descrito como un antioxidante (inhibidor de la formación de radicales hidroxilo), e incluso como un componente de prevención del cáncer de colon. Los inhibidores de la cristalización son sustancias que se adsorben sobre la base de las caras del cristal, evitando o reduciendo su desarrollo. Por la misma razón, la presencia de las sustancias adsorbidas en las caras del cristal también puede inhibir su disolución.

Además, estudios previos realizados en colaboración entre Sanifit y la UIB descubrieron que el IP6 funciona como un inhibidor de la resorción ósea en modelos animales de la osteoporosis, y constituyen uno de los fundamentos científicos del proyecto PHYTECH. El IP6 se adsorbe en la superficie de la hidroxiapatita (constituyente mineral del hueso) y permite reducir la pérdida progresiva de masa ósea. Junto con este mecanismo, también se ha descrito un efecto del IP6 a nivel celular sobre los osteoblastos. Se ha demostrado que el IP6 inhibe la mineralización de osteoblastos in vitro sin dañar/afectar la matriz extracelular ni la expresión de la fosfatasa alcalina. Por otra parte, el IP6 también se ha mostrado que inhibe la osteoclastogénesis, es decir, la formación de las células que intervienen en el remodelado óseo. Adicionalmente, los polifosfatos han mostrado efectos antibacterianos, inhibiendo el crecimiento de diversas bacterias.

—¿Qué otros materiales se suelen usar para la regeneración del hueso?
—En lo que se refiere a otras superficies bioactivas que estén comercializadas, estas se basan en recubrimientos de fosfatos cálcicos y favorecen la oseointegración de los implantes, pero no tienen otras funcionalidades.

—En este sentido, ¿qué ventajas aporta el fitato?
—Con el recubrimiento con fitato pretendemos además disminuir el riesgo de infecciones.

—¿Qué respuestas se han abordado en el proyecto PHYTECH frente a las infecciones de los nuevos materiales desarrollados para implantes?
—El proyecto PHYTECH ha estudiado el efecto de las superficies desarrolladas sobre la adhesión bacteriana y la formación de biofilms en dos cepas de microorganismos.
Si bien se podría pensar que un recubrimiento que favorece la adhesión y proliferación de células eucariotas como este debería hacerlo también frente a las células bacterianas.

Pero, sin embargo, al menos para las dos cepas analizadas, hemos comprobado que este recubrimiento no facilita la formación de biocapas respecto a la superficie del titanio.

—¿Cómo resumiría los principales logros del proyecto?
—El consorcio público-privado ha desarrollado nuevos implantes de titanio uniendo ácido fítico a su superficie que estimulan la células óseas y disminuyen la adhesión bacteriana.

—¿Cuáles son los principales desafíos a los que se enfrenta la investigación en el campo de la Implantología?
—En el campo dental, destacaría como principal desafío el desarrollo de implantes que disminuyan el riesgo de periimplantitis.

Perfil profesional

• Licenciada en Farmacia por la Universitat de Barcelona (UB), y en Bioquímica por la Universitat de les Illes Balears (UIB).
• Doctorada con mención europea por la UIB. Postdoctorado en el Departamento de Bioquímica y Biología Molecular-Farmacia de la UB y en el ‘The Wellcome Trust/Cancer Research UK Gurdon Institute of Cancer and Developmental Biology’ de la Universidad de Cambridge (Reino Unido).
• Directora de I+D e investigadora sénior en la empresa Numat Biomedical SL desde junio de 2009 a diciembre de 2014.
• Actualmente es investigadora postdoctoral en el grupo de Terapia Celular e Ingenieria Tisular del IUNICS-UIB y Profesora asociada en el Departamento de Biología Fundamental y Ciencias de la Salud de la Universitat de les Illes Balears (UIB).