Investigadores del grupo del CIBER-BBN liderado por José Carlos Rodríguez Cabello en la Universidad de Valladolid (UVa), BIOFORGE, han desarrollado un nuevo método que podría formar materiales mineralizados con potencial para regenerar tejidos duros como el esmalte dental y el hueso.

La naturaleza tiene una cantidad inmensa de materiales complejos con propiedades sobresalientes que emergen de su estructura jerárquica específica. Los materiales como el nácar, el hueso y el esmalte dental poseen una organización estructural distinta a diferentes escalas de longitud, lo que mejora sus propiedades y funcionalidad del material a granel.

La capacidad de crear materiales sintéticos que emulan arquitecturas tan ingeniosas representa un objetivo principal en la ciencia de los materiales y una oportunidad para ajustar y mejorar profundamente la funcionalidad. En particular, el campo de los biomateriales se beneficiaría enormemente de las funcionalidades que pueden surgir de organizaciones jerárquicas bien definidas.

En este estudio publicado en Nature Communications se presenta un proceso de mineralización mediado por proteínas que aprovecha la interacción de orden y desorden utilizando recombinadores de tipo elastina para programar interacciones orgánico-inorgánicas en estructuras mineralizadas ordenadas jerárquicamente.

Los materiales comprenden nanocristales de apatito alargados que están alineados y organizados en prismas microscópicos, que crecen juntos en estructuras similares a la esferulitis de cientos de micrómetros de diámetro que se juntan para llenar áreas macroscópicas. Las estructuras se pueden cultivar sobre grandes superficies irregulares y tejidos nativos como membranas o revestimientos resistentes a los ácidos con una jerarquía, rigidez y dureza ajustables.

Los investigadores han demostrado en este nuevo estudio que se pueden crear este tipo de materiales con una precisión y orden sin precedentes. Tales materiales tienen el aspecto del esmalte dentario y se comportan en el resto de sus propiedades como tal. Este material podría ser usado en una gran variedad de problemas dentales tanto en la prevención como tratamiento de piezas ya afectadas por la pérdida del esmalte.

El estudio representa una estrategia potencial para el diseño de materiales complejos que podrían abrir oportunidades para la reparación de tejidos duros y proporcionar información sobre el papel del trastorno molecular en la fisiología y la patología humana.


Investigación original: Protein disorder–order interplay to guide the growth of hierarchical mineralized structures. Sherif Elsharkawy, Maisoon Al-Jawad, Maria F. Pantano, Esther Tejeda-Montes, Khushbu Mehta, Hasan Jamal, Shweta Agarwal, Kseniya Shuturminska, Alistair Rice, Nadezda V. Tarakina, Rory M. Wilson, Andy J. Bushby, Matilde Alonso, Jose C. Rodriguez-Cabello, Ettore Barbieri, Armando del Río Hernández, Molly M. Stevens, Nicola M. Pugno, Paul Anderson & Alvaro Mata. Nature Communications, doi:10.1038/s41467-018-04319-0