Reacción Biológica a los Biomateriales PDF

**T.9 REACCIÓN BIOLÓGICA A LOS BIOMATERIALES** **1. RESPUESTA BIOLÓGICA ANTE BIOMATERIALES** Biomateriales: - Bioinertes: interacción mínima con los alrededores - Bioactivos: interacción con tejidos duros y blandos - Bioabsorbible: disolución y reemplazamiento progresivo Características...

**T.9 REACCIÓN BIOLÓGICA A LOS BIOMATERIALES** **1. RESPUESTA BIOLÓGICA ANTE BIOMATERIALES** Biomateriales: - Bioinertes: interacción mínima con los alrededores - Bioactivos: interacción con tejidos duros y blandos - Bioabsorbible: disolución y reemplazamiento progresivo Características - Biocompatible: aquel que no produce efectos adversos significativos en el organismo, cumpliendo su función prevista de manera segura y efectiva - No tóxico/ No carcinogénico - Soporte mecánico y físico durante un periodo de tiempo - Biodegradación controlada - Estimulación de tejidos cercanos e integración **2. INMUNIDAD** Respuesta del organismo a cualquier sustancia independientemente de la consecuencia patógena **Tipos de inmunidad** **Inmunidad Innata:** - Natural - Respuesta inespecífica (no se reconocen antígenos específicos) - Independiente del "agresor" y de la intensidad de la agresión: primera barrera de defensa - Respuesta inmediata o rápida - Está mediado por células polimorfonucleares (como neutrófilos, basófilos y eosinófilos), macrófagos y células dendríticas **Inmunidad Adaptativa:** - Adquirida - Distinción entre lo propio y lo extraño - Respuesta específica para diferentes moléculas - Posee memoria inmunológica frente a los antígenos - Está mediada por células T, y células B **3. BIOCOMPATIBILIDAD** Fase I -- Determinar el contenido de endotoxinas de los biomateriales Fase II -- Evaluar la respuesta inmune MSCs: células madre mesenquimales Fase III -- Si los biomateriales se modifican para la inmunomodulación, se debe determinar la respuesta inmune posterior, como en la Fase II. Evalúa: **Citotoxicidad** - Necesario demostrar mínima o ninguna toxicidad en células de mamífero - Se evalúan alteraciones en morfología, velocidad de crecimiento y/o muerte celular: actividad mitocondrial, integridad membrana, síntesis de proteínas **Respuesta estimulación** - Se evalúa la irritación a materiales o derivados en una curva de dosis-respuesta - Propiedades físico/químicas del material **Test alergia y/o reacción inmune** - Se evalúa la inflamación por contacto y respuesta inmune humoral - Forma de aplicación del biomaterial - Implantación: edema y/o hemorragia local, efectos sistémicos **Genotoxicidad** - Se evalúa daño en el ADN, mutaciones genéticas y aberraciones cromosómicas **Carcinogénesis** - Si es necesario: test en roedores (2 años) **Biodegradación** **4. SECUENCIAS DE REACCIONES EN EL HOSPEDADOR** Un dibujo de una persona Descripción generada automáticamente con confianza baja 1. **Respuesta inicial:** Adhesión de proteínas y activación plaquetaria. Los monocitos circulantes son reclutados hacia el andamio implantado en respuesta a MCP-1. 2. **Diferenciación de monocitos a macrófagos:** Los macrófagos M1 secretan factores proinflamatorios como TNF-α e IL-1β. 3. **Destino inflamatorio o regenerativo:** a. [Respuesta inflamatoria:] Caracterizada por macrófagos M1 persistentes y linfocitos TH1, que producen citocinas proinflamatorias como interferón-γ. Los fibroblastos activados generan tejido cicatricial no funcional. b. [Respuesta regenerativa:] Predominada por macrófagos M2 y linfocitos TH2, influenciados por citocinas como IL-4 y IL-13. Este entorno estimula una regeneración organizada del tejido. 4. **Rol de las células mesenquimales:** Estas células tienen un efecto inmunomodulador al inhibir factores proinflamatorios (TNF-α) y secretar factores tróficos (bFGF, VEGF, TGF-β, MMP-9), atrayendo células tisulares y favoreciendo la remodelación de un tejido funcional. 5. **Degradación del andamio y resolución de la inflamación** Respuesta del cuerpo extraño (FBR, Foreign Body Response) (James Anderson) Reacción del huésped al material implantado. La implantación del biomaterial produce cambios inmediatos en el flujo vascular y permeabilidad local. La concentración, tipo y conformación de proteínas adsorbidas determinan el inicio de coagulación y sistema de complemento Fase inflamatoria: Una ECM rica en fibrina y fibronectina estimula la migración de las células del hospedador. El colágeno es un componente esencial para la cicatrización. Es sintetizado por los fibroblastos y proporciona fuerza e integridad al tejido. **Inflamación aguda** - El mecanismo comienza con la adsorción y desorción de proteínas (un proceso conocido como binding de Vroman) en la superficie del biomaterial tras su implantación. - Continúa con la formación de trombina mediante la activación de plaquetas. - Posteriormente, los monocitos se diferencian en macrófagos tipo \"1\", que son responsables de la fase aguda de inflamación. **Inflamación crónica** - Después de algunos días, los macrófagos tipo \"1\" se diferencian en macrófagos tipo \"2\", encargados de la inflamación crónica. - Además, las células T y los mastocitos expresan citocinas que incrementan la formación de células gigantes de cuerpo extraño (FBGC, foreign body giant cells). Estas FBGCs expresan factores que reclutan fibroblastos y, como consecuencia de la deposición de colágeno, comienza a formarse una cápsula alrededor del biomaterial. 2 posibilidades: - Células de cuerpo extraño y granulación del tejido Señal de asimilación de biomaterial - Células mononucleares (linfocitos) Señal de inflamación crónica **Granuloma:** - Reemplaza la red de fibrina temporal en el espacio de la herida. - Compuesto por colágeno, fibrinógeno, fibronectina, ácido hialurónico, macrófagos, fibroblastos, estroma vascularizado y células endoteliales vasculares. - Angiogénesis: Se promueve la formación de nuevos vasos sanguíneos gracias a los factores de crecimiento secretados durante la hemostasia. **Encapsulación fibrosa:** - Proliferación de células del tejido conectivo y formación de una cápsula fibrosa de colágeno alrededor del biomaterial produciendo un aislamiento total del mismo. - Regeneración: Ocurre cuando el tejido dañado es reemplazado por células parenquimatosas similares a las originales. La formación de las cápsulas fibrosas es un proceso natural en la respuesta del organismo a biomateriales: - Es una ventaja cuando actúa como una barrera protectora y estabilizadora del implante. - Es una desventaja si compromete la funcionalidad, integración o bioactividad del biomaterial. El desafío en el diseño de biomateriales radica en Controlar la formación de tejido de granulación y cápsulas fibrosas, minimizando la fibrosis excesiva y promoviendo la integración del biomaterial de forma óptima **5. REGULACIÓN DE LA RESPUESTA INMUNOLÓGICA DEPENDIENDO DE CARACT BIOMAT** **¿Origen?** - Los productos naturales: pueden desencadenar una respuesta inmune. - Los materiales sintéticos: evitan que los mediadores de las células inmunes reconozcan el material, lo que lo hace inmunológicamente inactivo y aumenta la biocompatibilidad. (Alta rugosidad) (Baja rugosidad) **¿Degradación?** - Los andamios de PGA de degradación rápida condujeron a una mayor proporción de macrófagos M1. - Los andamios de PGA de degradación más lenta aumentaron los niveles de M2. **¿Tamaño de los poros?** - En presencia de poros más grandes aumentan los niveles de expresión de los marcadores de los M2. **¿Rigidez?** - El principal factor de transcripción para la activación de M2 es STAT6. El transporte intranuclear de STAT6 es facilitado por una matriz rígida que promueve la unión de F-actina. **¿Topografía superficial?** - El titanio rugoso induce la polarización de los macrófagos hacia un fenotipo antiinflamatorio (M2). **¿Hidrofilicidad e hidrofobicidad?** - Las superficies hidrofóbicas exhiben una mayor tendencia a adsorber mayores cantidades de proteínas que las superficies hidrofílicas. **¿Carga en la superficie?** - Los polímeros modificados con carga neutra parecen inducir menos formación de células gigantes multinucleadas (FBGC). - Las superficies hidrofílicas/neutrales resultan en niveles más altos de citoquinas.