Científicos del NTU Singapur convierten residuos de acuicultura en un biomaterial para reparar tejidos humanos

El nuevo biomaterial obtenido de la piel de rana toro y las escamas de pescado podría utilizarse para ayudar a la regeneración del tejido óseo perdido por enfermedades o lesiones.

Científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur (NTU Singapur) han desarrollado un nuevo biomaterial fabricado íntegramente con piel de rana toro y escamas de pescado desechadas que podría ayudar a la reparación de huesos. Los resultados de la investigación se han publicado en la revista Materials Science and Engineering C.

El biomaterial poroso, que contiene los mismos compuestos que predominan en los huesos, actúa como un andamio al que se adhieren y multiplican las células formadoras de hueso, lo que conduce a la formación de hueso nuevo.

Mediante experimentos de laboratorio, el equipo de la NTU Singapur descubrió que las células formadoras de hueso sembradas en el andamio de biomaterial se adherían con éxito y empezaban a multiplicarse, lo que es un signo de crecimiento. También comprobaron que el riesgo de que el biomaterial desencadene una respuesta inflamatoria es bajo.

Este andamio podría utilizarse para ayudar a la regeneración del tejido óseo perdido por enfermedades o lesiones, como los defectos de la mandíbula causados por un traumatismo o una operación de cáncer. También podría ayudar al crecimiento óseo alrededor de implantes quirúrgicos, como los dentales.

Los científicos creen que el biomaterial es una alternativa prometedora a la práctica estándar actual de utilizar los propios tejidos del paciente, que requiere una cirugía adicional para la extracción de hueso. Al mismo tiempo, la producción de este biomaterial aborda el problema de los residuos de la acuicultura, según explica el profesor adjunto Dalton Tay, de la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales (MSE) de la NTU, que dirigió el estudio multidisciplinar.

Subproductos de la pesca

Cada año se desechan más de 20 millones de toneladas de subproductos de la pesca, como aletas, escamas y pieles. En Singapur, el consumo anual combinado de carne de rana y pescado se estima en unos 100 millones de kilogramos, lo que hace que la piel de rana y las escamas de pescado sean dos de los mayores flujos de residuos acuícolas del país.

Según el profesor Dalton Tay, «en nuestro estudio adoptamos el enfoque de ‘convertir los residuos en recursos’ y transformamos los descartes en un material de alto valor con aplicaciones biomédicas, cerrando el ciclo de los residuos en el proceso. Nuestros estudios de laboratorio demostraron que el biomaterial que hemos diseñado podría ser una opción prometedora que ayude a la reparación ósea. El potencial de este biomaterial es muy amplio, desde la reparación de defectos óseos debidos a lesiones o al envejecimiento, hasta aplicaciones dentales para la estética».

Por su parte, el profesor clínico asociado Goh Bee Tin, director de investigación del Centro Dental Nacional de Singapur, que no participó en el estudio, asegura estar «entusiasmado con el uso de la piel de rana toro como biomaterial natural para la regeneración de tejidos. Vemos muchas aplicaciones dentales potenciales que van desde la regeneración de los tejidos de las encías en la enfermedad periodontal, hasta el hueso para la colocación de implantes dentales, pasando por el hueso de la mandíbula después de una cirugía tumoral. Evitar la necesidad de una intervención quirúrgica adicional para extraer el hueso también supone un ahorro de tiempo y costes, y menos dolor para los pacientes».

De residuo a recurso

El equipo de investigación ha presentado patentes para las aplicaciones de cicatrización de heridas e ingeniería de tejidos óseos del biomaterial. Actualmente sigue evaluando la seguridad y la eficacia a largo plazo del biomaterial como producto dental y pretende acercar esta tecnología de conversión de residuos a recursos a su comercialización.

Para fabricar el biomaterial, el equipo extrajo primero el tropocolágeno de tipo 1 (muchas moléculas de las cuales forman fibras de colágeno) de las pieles desechadas de la rana toro americana, criada localmente e importada a Singapur en grandes cantidades para su consumo; y la hidroxiapatita (un compuesto de fosfato de calcio) de las escamas del pez cabeza de serpiente.

El colágeno y la hidroxiapatita son dos componentes predominantes que se encuentran en los huesos, lo que confiere al biomaterial una estructura, una composición y una capacidad de promover la fijación de las células que son como el hueso. Estos dos componentes también hacen que el biomaterial sea resistente.

Los científicos eliminaron todas las impurezas de la piel de la rana toro y luego la mezclaron para formar una pasta espesa de colágeno que se diluye con agua. A continuación, se extrajo el colágeno de esta mezcla. «Gracias a este método, pudimos obtener el mayor rendimiento de colágeno jamás registrado, de aproximadamente un 70%, a partir de la piel de rana, lo que hace que este método sea comercialmente viable», dice el profesor Tay, que también pertenece a la Escuela de Ciencias Biológicas (SBS) de la NTU.

La hidroxiapatita se extrajo de escamas de pescado desechadas mediante calcinación -un proceso de purificación que requiere mucho calor- para eliminar la materia orgánica, y luego se secó al aire.

El biomaterial se sintetizó añadiendo polvo de hidroxiapatita al colágeno extraído y, a continuación, se fundió en un molde para producir un andamio poroso en 3D. Todo el proceso duró menos de dos semanas y el equipo cree que puede acortarse y ampliarse.

En conjunto, los resultados de la investigación demuestran el potencial del andamio de biomaterial, sintetizado a partir de piel de rana toro y escamas de pescado desechadas, como un prometedor material de sustitución de injertos óseos a partir de residuos para la reparación y regeneración ósea.

En el futuro, el equipo de investigación espera trabajar con socios clínicos e industriales en estudios con animales para averiguar cómo responderían los tejidos del cuerpo a este biomaterial a largo plazo, y la capacidad del material para reparar defectos óseos y heridas dérmicas, así como para acercar toda la línea tecnológica de conversión de residuos a recursos a la comercialización.