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Description
La diabetes afecta a más de 463 millones de personas en el mundo, y se ha estimado que para el 2045 700
millones de adultos tendrán diabetes. En Colombia, más de dos millones de personas sufren de esta
enfermedad, con una tasa de mortalidad de 15,21 por cada 100.000 habitantes2. Al ser una enfermedad
crónica, su alta incidencia y alto costo convierten a la diabetes en un problema de salud pública que agudiza
la condición actual del sistema de salud en Colombia.
En la diabetes, la neuropatía y la vasculopatía periférica son las complicaciones más frecuentes, e implican
la disminución en la sensibilidad y la hipoxia tisular. La falta de sensibilidad posibilita la aparición de
vesículas (ampollas), en los puntos de presión y fricción que con frecuencia resultan presentarse en los pies;
por otra parte, la falta de irrigación sanguínea periférica lleva a la necrosis tisular induciendo la aparición
de úlceras4. Más aún, se ha reportado que en las úlceras diabéticas, el proceso de cicatrización se ve limitado
por las elevadas cantidades de MPMs que inducen la degradación prematura del coágulo de fibrina, lo que
no permite la homeostasis tisular para la formación de una correcta matriz extracelular, impidiendo el cierre
de la herida. Estas complicaciones impiden una rápida cicatrización, por lo que las úlceras suelen
presentarse de manera crónica, afectando principalmente los miembros inferiores5,6.
La UCPD se caracteriza por tener una alta probabilidad de infección, y por ende, de amputación de la
extremidad, incrementando el riesgo de mortalidad7. En personas diabéticas, la prevalencia de amputación
está entre el 14% al 20%, en donde de manera preocupante, al interior de esta población el 85% de los casos
son precedidos por úlceras; se ha determinado que la recurrencia de las lesiones es del 79% en los siguientes
tres años a la curación de la úlcera, y la mortalidad es del 70% posterior a los 5 años de la pérdida del
miembro inferior8,9. Se estima que en el 2019 más de 60 millones de personas presentaron UCPD10-12, y se
considera que entre el 15% y el 25% de los pacientes diabéticos las presentarán a lo largo de su vida8.
En la actualidad, solo el 50% de los tratamientos son efectivos en las UCPD, lo que evidencia que los
métodos terapéuticos tradicionales no son adecuados para todos los pacientes, y presentan limitaciones y
desventajas13. El tratamiento convencional para las UCPD incluye la debridación, acompañados de
antibacterianos, descarga de la presión y coberturas tipo apósito, con aditivos hidratantes y factores de
crecimiento como el epidérmico, recomendándose en algunos casos reconstrucción con colgajo14. En aras
de la necesidad apremiante de nuevas alternativas terapéuticas que permitan el cierre de las UCPD, se han
desarrollado nuevas alternativas como la escleroterapia, la estimulación eléctrica neuromuscular, la cirugía
por revascularización y la intervención endovascular, e incluso el trasplante de injertos de piel9; sin
embargo, pese a estos esfuerzos, sólo la mitad de los pacientes responden efectivamente a los tratamientos,
en principio por características propias de las UCPD en cada paciente13.
Entre las diferentes alternativas terapéuticas que se encuentran en desarrollo, se destacan los hidrogeles tipo
apósito. Estos apósitos de nueva generación son bidimensionales (a modo de capas), que en comparación
con la tridimensionalidad de la UCPD, no permiten considerar el tratamiento atendiendo a la topografía de
la úlcera, por lo que no propician una estructura de andamiaje o “scaffold” que conlleve a la migración,
proliferación y reestructuración tisular que induzca a la regeneración del tejido, y en sí, el cierre de la
úlcera15. Entre otros abordajes terapéuticos, se han probado diferentes tipos de factores de crecimiento entre
los cuales se destacan los derivados autólogos, tales como el PRP; no obstante, los factores de crecimiento
presentes en el PRP se administran en la úlcera generalmente en una o varias dosis, por lo que no se puede
mantener una estimulación continua que induzca una homeóstasis correcta para propiciar la
cicatrización16,17. Aunque a la fecha se han diseñado diferentes tipos de apósitos que incluso inmovilizan
factores de crecimiento, se encuentra la necesidad de generar apósitos personalizados a la topografía de la
herida, que permitan la liberación controlada de biomoléculas y que imiten la funcionalidad de la MEC,
con el fin de recrear la homeostasis que se da durante el proceso de cicatrización18.
Desde el campo de la ingeniería de tejidos se han realizado grandes avances en el desarrollo de apósitos de
nueva generación, al utilizar andamios biosintéticos como matrices para la inmovilización de factores de
crecimiento y células, los cuales permiten su remodelación a medida que el tejido se regenera15,18. Entre
los andamios con mayor potencial en el desarrollo de apósitos, se encuentran los ya mencionados
hidrogeles, los cuales se caracterizan por ser estructuras poliméricas reticuladas que tiene la propiedad de
retener grandes cantidades de agua (entre el 80-90% de su porcentaje en peso), favoreciendo la presencia
de un ambiente húmedo vital para garantizar el acondicionamiento y la eficiencia de los procesos de
cicatrización9,19. Entre los polímeros usados para la construcción de apósitos tipo hidrogel se encuentra el
Polietilenglicol diacrilado (PEGDA), el cual es biocompatible y puede ser modificado químicamente para
hacerse biodegradable, o funcionalizado con moléculas bioactivas, además de permitir características
mecánicas y físicas modulables en función de la cantidad del polímero en el hidrogel20.
Entre los diferentes tipos de hidrogeles, se encuentran los derivados de PRP, que principalmente se forman
a través de la reticulación de la fibrina, apropiando en su estructura una gran cantidad de factores de
crecimiento provenientes de la lisis de las plaquetas, que al quedar inmovilizados pueden liberarse en
función de la degradación del hidrogel, tal como ocurriría durante el proceso de cicatrización de heridas17
.
Este tipo de hidrogeles puede ser combinado con otros polímeros como el PEDGA, formando estructuras
que podrían darle mayor resistencia a la degradación por MPMs, manteniendo la homeostasis de la
cicatrización. Adicionalmente, las características físicas y mecánicas de hidrogeles PEDGA-PRP podrían
ser moduladas a través de la concentración de PEGDA y el método de reticulación, lo que permitirá
considerar las necesidades tisulares de la herida a nivel epidérmico, dérmico o subdérmico9.
Otra de las limitaciones que se presentan en los apósitos, incluidos los hidrogeles, es la topografía de la
úlcera, cuya complejidad originada por la irregularidad de la superficie y profundidad, requiere el diseño
de hidrogeles personalizados, que puedan acoplarse a la topografía de la herida y facilitar el proceso de
cicatrización. En este contexto, en la última década diferentes tipos de metodologías se han implementado,
destacándose la impresión 3D, la cual permite la fabricación de matrices para ingeniería tisular con diversas
geometrías externas y complejas arquitecturas internas21. No obstante, es necesario el desarrollo de tintas
de biomaterial que permitan imprimir estos hidrogeles personalizados para la cicatrización de UCPD.
Por lo anterior, este proyecto busca diseñar una tinta de biomaterial a base de PEGDA y PRP, que tenga el
potencial de ser utilizada en la fabricación de apósitos tipo hidrogel, como base para la síntesis de MECs
biosintéticas personalizadas, y que a futuro permita recrear una homeostasis idónea en el proceso de cicatrización de UCPD.
millones de adultos tendrán diabetes. En Colombia, más de dos millones de personas sufren de esta
enfermedad, con una tasa de mortalidad de 15,21 por cada 100.000 habitantes2. Al ser una enfermedad
crónica, su alta incidencia y alto costo convierten a la diabetes en un problema de salud pública que agudiza
la condición actual del sistema de salud en Colombia.
En la diabetes, la neuropatía y la vasculopatía periférica son las complicaciones más frecuentes, e implican
la disminución en la sensibilidad y la hipoxia tisular. La falta de sensibilidad posibilita la aparición de
vesículas (ampollas), en los puntos de presión y fricción que con frecuencia resultan presentarse en los pies;
por otra parte, la falta de irrigación sanguínea periférica lleva a la necrosis tisular induciendo la aparición
de úlceras4. Más aún, se ha reportado que en las úlceras diabéticas, el proceso de cicatrización se ve limitado
por las elevadas cantidades de MPMs que inducen la degradación prematura del coágulo de fibrina, lo que
no permite la homeostasis tisular para la formación de una correcta matriz extracelular, impidiendo el cierre
de la herida. Estas complicaciones impiden una rápida cicatrización, por lo que las úlceras suelen
presentarse de manera crónica, afectando principalmente los miembros inferiores5,6.
La UCPD se caracteriza por tener una alta probabilidad de infección, y por ende, de amputación de la
extremidad, incrementando el riesgo de mortalidad7. En personas diabéticas, la prevalencia de amputación
está entre el 14% al 20%, en donde de manera preocupante, al interior de esta población el 85% de los casos
son precedidos por úlceras; se ha determinado que la recurrencia de las lesiones es del 79% en los siguientes
tres años a la curación de la úlcera, y la mortalidad es del 70% posterior a los 5 años de la pérdida del
miembro inferior8,9. Se estima que en el 2019 más de 60 millones de personas presentaron UCPD10-12, y se
considera que entre el 15% y el 25% de los pacientes diabéticos las presentarán a lo largo de su vida8.
En la actualidad, solo el 50% de los tratamientos son efectivos en las UCPD, lo que evidencia que los
métodos terapéuticos tradicionales no son adecuados para todos los pacientes, y presentan limitaciones y
desventajas13. El tratamiento convencional para las UCPD incluye la debridación, acompañados de
antibacterianos, descarga de la presión y coberturas tipo apósito, con aditivos hidratantes y factores de
crecimiento como el epidérmico, recomendándose en algunos casos reconstrucción con colgajo14. En aras
de la necesidad apremiante de nuevas alternativas terapéuticas que permitan el cierre de las UCPD, se han
desarrollado nuevas alternativas como la escleroterapia, la estimulación eléctrica neuromuscular, la cirugía
por revascularización y la intervención endovascular, e incluso el trasplante de injertos de piel9; sin
embargo, pese a estos esfuerzos, sólo la mitad de los pacientes responden efectivamente a los tratamientos,
en principio por características propias de las UCPD en cada paciente13.
Entre las diferentes alternativas terapéuticas que se encuentran en desarrollo, se destacan los hidrogeles tipo
apósito. Estos apósitos de nueva generación son bidimensionales (a modo de capas), que en comparación
con la tridimensionalidad de la UCPD, no permiten considerar el tratamiento atendiendo a la topografía de
la úlcera, por lo que no propician una estructura de andamiaje o “scaffold” que conlleve a la migración,
proliferación y reestructuración tisular que induzca a la regeneración del tejido, y en sí, el cierre de la
úlcera15. Entre otros abordajes terapéuticos, se han probado diferentes tipos de factores de crecimiento entre
los cuales se destacan los derivados autólogos, tales como el PRP; no obstante, los factores de crecimiento
presentes en el PRP se administran en la úlcera generalmente en una o varias dosis, por lo que no se puede
mantener una estimulación continua que induzca una homeóstasis correcta para propiciar la
cicatrización16,17. Aunque a la fecha se han diseñado diferentes tipos de apósitos que incluso inmovilizan
factores de crecimiento, se encuentra la necesidad de generar apósitos personalizados a la topografía de la
herida, que permitan la liberación controlada de biomoléculas y que imiten la funcionalidad de la MEC,
con el fin de recrear la homeostasis que se da durante el proceso de cicatrización18.
Desde el campo de la ingeniería de tejidos se han realizado grandes avances en el desarrollo de apósitos de
nueva generación, al utilizar andamios biosintéticos como matrices para la inmovilización de factores de
crecimiento y células, los cuales permiten su remodelación a medida que el tejido se regenera15,18. Entre
los andamios con mayor potencial en el desarrollo de apósitos, se encuentran los ya mencionados
hidrogeles, los cuales se caracterizan por ser estructuras poliméricas reticuladas que tiene la propiedad de
retener grandes cantidades de agua (entre el 80-90% de su porcentaje en peso), favoreciendo la presencia
de un ambiente húmedo vital para garantizar el acondicionamiento y la eficiencia de los procesos de
cicatrización9,19. Entre los polímeros usados para la construcción de apósitos tipo hidrogel se encuentra el
Polietilenglicol diacrilado (PEGDA), el cual es biocompatible y puede ser modificado químicamente para
hacerse biodegradable, o funcionalizado con moléculas bioactivas, además de permitir características
mecánicas y físicas modulables en función de la cantidad del polímero en el hidrogel20.
Entre los diferentes tipos de hidrogeles, se encuentran los derivados de PRP, que principalmente se forman
a través de la reticulación de la fibrina, apropiando en su estructura una gran cantidad de factores de
crecimiento provenientes de la lisis de las plaquetas, que al quedar inmovilizados pueden liberarse en
función de la degradación del hidrogel, tal como ocurriría durante el proceso de cicatrización de heridas17
.
Este tipo de hidrogeles puede ser combinado con otros polímeros como el PEDGA, formando estructuras
que podrían darle mayor resistencia a la degradación por MPMs, manteniendo la homeostasis de la
cicatrización. Adicionalmente, las características físicas y mecánicas de hidrogeles PEDGA-PRP podrían
ser moduladas a través de la concentración de PEGDA y el método de reticulación, lo que permitirá
considerar las necesidades tisulares de la herida a nivel epidérmico, dérmico o subdérmico9.
Otra de las limitaciones que se presentan en los apósitos, incluidos los hidrogeles, es la topografía de la
úlcera, cuya complejidad originada por la irregularidad de la superficie y profundidad, requiere el diseño
de hidrogeles personalizados, que puedan acoplarse a la topografía de la herida y facilitar el proceso de
cicatrización. En este contexto, en la última década diferentes tipos de metodologías se han implementado,
destacándose la impresión 3D, la cual permite la fabricación de matrices para ingeniería tisular con diversas
geometrías externas y complejas arquitecturas internas21. No obstante, es necesario el desarrollo de tintas
de biomaterial que permitan imprimir estos hidrogeles personalizados para la cicatrización de UCPD.
Por lo anterior, este proyecto busca diseñar una tinta de biomaterial a base de PEGDA y PRP, que tenga el
potencial de ser utilizada en la fabricación de apósitos tipo hidrogel, como base para la síntesis de MECs
biosintéticas personalizadas, y que a futuro permita recrear una homeostasis idónea en el proceso de cicatrización de UCPD.
General Objective
Diseñar una biotinta tipo hidrogel a base de PEGDA y PRP, dirigida a la fabricación de apósitos para la UCPD por bioimpresión 3D
Specific Objectives
-Seleccionar un método para incorporar el PRP en un hidrogel de PEGDA.
- Evaluar las características de imprimibilidad de la biotinta en condiciones estándar de bioimpresión.
- Caracterizar mecánicamente los hidrogeles impresos a partir de la biotinta PRP-PEGDA.
- Evaluar las características de imprimibilidad de la biotinta en condiciones estándar de bioimpresión.
- Caracterizar mecánicamente los hidrogeles impresos a partir de la biotinta PRP-PEGDA.
Status | Finished |
---|---|
Effective start/end date | 3/08/20 → 30/12/21 |
UN Sustainable Development Goals
In 2015, UN member states agreed to 17 global Sustainable Development Goals (SDGs) to end poverty, protect the planet and ensure prosperity for all. This project contributes towards the following SDG(s):
Research Areas UNAB
- Desarrollo sostenible
Status
- Finished
Socioeconomic Objective
- Health