Como resultado de un trabajo realizado por investigadores del Centro de Tecnología Biomédica de la UPM y los Institutos de Ciencia de Materiales y Catálisis y Petroquímica del CSIC, en colaboración con las empresas Mahou y Createch, se han desarrollado materiales biocompatibles para ser utilizados como soportes para la regeneración ósea obtenidos a partir de residuos de la industria agroalimentaria, en concreto, a partir del bagazo generado en la producción de cerveza. Estos nuevos materiales se pueden considerar como una alternativa a las prótesis formadas a partir de huesos ovinos procesados o materiales de síntesis con procesos de fabricación mucho más costosos y más agresivos para el medioambiente.
Biomaterial utilizado como matriz para regeneración ósea compuesto por un bloque poroso de 1 cm de altura obtenido a partir del tratamiento del bagazo de cerveza (Autores: Ángeles Martín Luengo, Malcolm Yates y Eduardo Sáez, ICMM-CSIC e ICP-CSIC)
Los residuos obtenidos durante el proceso de producción de cerveza contienen los principales componentes químicos presentes en el hueso (fósforo, calcio, sílice y magnesio) por lo que, tras someterse a diferentes procesos de modificación, pueden ser utilizados como soportes o matrices (también llamados scaffolds) para promover la regeneración ósea en diferentes aplicaciones biomédicas tales como recubrimiento de prótesis, injertos de hueso o implantes odontoestomatológicos. La utilización de residuos procedentes de la industria agroalimentaria supone una amplia fuente de recuperación de materias primas con gran diversidad química reduciéndose al mismo tiempo el impacto que genera la acumulación de residuos sobre el medioambiente.
La utilización de materiales sintéticos como sustitutos de hueso es hasta el momento la terapia más utilizada para el tratamiento de enfermedades relacionadas con alteraciones óseas. Las estrategias terapéuticas están basadas en la utilización de scaffolds porosas pero suficientemente rígidas compuestas por materiales biocompatibles que sirvan como moldes que proporcionen estabilidad mecánica y al mismo tiempo promuevan el crecimiento y diferenciación de nuevo tejido óseo guiando la formación de matriz extracelular y por tanto, la regeneración del tejido óseo.
Debido a su semejanza con la composición del hueso, los fosfatos cálcicos sintéticos son los más utilizados como matrices o recubrimientos en implantes ortopédicos y odontoestomatológicos. Estos materiales son a menudo obtenidos mediante reacciones químicas de síntesis complejas que utilizan reactivos tóxicos (p.ej. peróxido de benzoilo, benceno, anilinas) y calcinaciones a temperaturas muy elevadas cercanas a 1500ºC. Como resultado se obtienen materiales biocerámicos a los que se añade para terminar silicio, mediante hidrólisis de TEOS, con un paso final de sinterización a más de 1.100ºC.
Osteoblastos de ratón creciendo sobre matrices 3D desarrolladas a partir de residuos de la industria alimentaria (Autores: Milagros Ramos y Ana Martínez Serrano, CTB-UPM)
En la industria agroalimentaria, el sector cervecero es uno de los de mayor facturación, alcanzando los 2.990 millones de euros en 2012, empleando la práctica totalidad de la producción de malta y lúpulo del país. Dentro del proceso productivo, los subproductos más abundantes son el bagazo, la levadura y los restos de malta secos, siendo el bagazo el residuo generado en mayor cantidad (17-23 kg/hL de cerveza fabricado). El bagazo está constituido por restos orgánicos procedentes del procesado de la malta que no sufren modificaciones posteriores y por tanto tradicionalmente han sido considerados como subproductos, destinándose usualmente a la venta para fabricación de piensos para ganado, con un reducido valor comercial. Los tratamientos aplicados en este trabajo al residuo del bagazo dan como resultado la obtención de un material rico en silicio, fósforo, calcio y magnesio cuyos análisis mediante porosimetría de mercurio han determinado la presencia de poros intercomunicados de entre 50 y 500 micras de diámetro, similar a la porosidad del hueso esponjoso, lo que favorecería la completa vascularización tras su implantación.
En el trabajo realizado, en una primera aproximación mediante ensayos realizados sobre cultivos celulares, se ha determinado la biocompatibilidad de los materiales analizando la viabilidad celular de osteoblastos cultivados en presencia de los componentes de los materiales en polvo. Posteriormente, tras compactar y sinterizar los materiales formando matrices sólidas 3D, se analizó la capacidad de las células de tipo óseo para adherirse a ellos, proliferar y diferenciarse a células óseas maduras, capaces de expresar marcadores típicos de fenotipo óseo como fosfatasa alcalina y llevar a cabo la síntesis de colágeno y mineralización de la matriz extracelular. Los resultados han demostrado que los materiales desarrollados son biocompatibles y permiten que los osteoblastos que crecen sobre ellos proliferen y alcancen los mismos grados de maduración que sobre la hidroxiapatita, material comúnmente utilizado en cirugía maxilofacial, cirugía craneofacial o implantes orbitarios.
Por tanto, esta investigación desarrollada por la UPM y el CSIC en colaboración con las empresas Mahou y Createch, dentro del marco de un proyecto INNPACTO subvencionado por el MINECO, ha puesto de manifiesto la valorización de estos materiales procedentes de la industria agroalimentaria para su conversión en soportes o scaffolds aptos para regeneración ósea.
Sáez Rojo, E; Ramos, M; Yates, M; Martín-Luengo, MA; Martínez Serrano, AM; Civantos, A; López-Lacomba, JL; Reilly, G; Vervaet, C; Tarterra, JL; Fite LB; Vega Argomaniz, L. Preparation, characterization and in vitro osteoblast growth of waste-derived biomaterials. RSC ADVANCES 4 (25): 12630-12639. DOI: 10.1039/c3ra47534d. Pub 2014. |
