Quitosano : un Material con Propiedades Regenerativas y su Aplicación Clínica

Rodrigo Jorquera Cortés(1)

Orlando Jorquera Cortés(2)

Sonia Rivera Alvarez(1).

Universidad de Chile(1)- Chile

Universidad de Salvador Bahia(2)- Brasil

Prof. Dra. Sonia Rivera Álvarez

Profesora Asociada

Área Periodoncia – Facultad de Odontología – Universidad de Chile

Avda. Santa María 0596 – Providencia – Santiago – Chile

Teléfono (56-2) 232 5805

Fono – fax (56-2) 2332949

soniarivera27@hotmail.com

Quitosano : un Material con Propiedades Regenerativas y su Aplicación Clínica

Resumen Quitosano es un polímero natural biodegradable y no toxico que optimiza los resultados de la cicatrización de las heridas y la formación de hueso. Las membranas de quitosano pueden ser muy útiles cuando se aplican en la técnica de regeneración ósea guiada Es aconsejable evaluar la aplicación en esta situación ,pues las técnicas regenerativas tienen actualmente un rol muy importante en la cirugía periodontal y de implantes .

Palabras claves: Polímero natural, regeneración tisular, regeneración ósea

Summary Chitosan is known as a biodegradable and non toxic natural polymer that enhances wound healing and bone formation. A chitosan membrane may be useful as a tool for guide bone regeneration, the applicability of chitosan has been evaluated because bone regenerative procedures have become essential in periodontal and implant surgery

Key words : natural polymer , guide tissue regeneration , guide bone regeneration

Quitosano ,término que proviene del vocablo griego ΧιΤών que significa coraza es un polisacárido lineal compuesto de cadenas distribuidas aleatoriamente de β-(1-4) D- glucosalina ( unidades deacetiladas) y ‎N-acetil-d-glucosamina (unidad acetilada)(1).

Fue descubierto en 1859 debido al tratamiento de la quitina, se produce comercialmente ,mediante la deacetilación de la quitina ,que es un elemento estructural en el exoesqueleto de los crustáceos( cangrejos ,gambas, langostas etc.) El grado de deacetilación (%DA) puede ser determinado por espectroscopia NMR y el % DA en chitosan está en el rango de 60-100 %. El grupo amino del Quitosano tiene un valor pKa que ronda los 6,5 por esta razón el chitosan posee una ligera carga positiva y es soluble en medios ácidos o en soluciones neutras con dependencia de carga del pH y del valor %DA .En otras palabras Quitosano es un bioadhesivo y puede ligarse negativamente a las superficies cargadas negativamente tales como las membranas mucosas. Quitosano debido a esta propiedad física permite el trasporte de drogas a través e las superficies epiteliales ,siendo además biocompatible y biodegradable y puede ser hidrolizado por lisos y más presentes en los fluidos corporales(1)(2)

Está disponible en sus formas más purificadas para aplicaciones biomédicas en las cuales ha sido exitosa y ampliamente usado e tanto en Medicina como en Medicina Veterinaria principalmente en el tratamiento de las quemaduras de la piel ,como apósito de protección de heridas pues tiene actividad hemostática y antiinfecciosa , acelera además la cicatrización de las heridas y la neoformación ósea(3)(4) Es un copolímero de glucosalina que tiene un positivo efecto en la sintomatología y tratamiento de la osteoartritis y contribuye a la regeneración del cartílago articular(5)(6)(7)(8)(9)(10).

Se ha investigado su utilización como material de sustitución ósea y como material de membrana en Ortopedia y en Periodoncia, con la introducción de la nanotecnología la membrana de Quitosano ha confirmado su biocompatibilidad pues incrementa la regeneración ósea y no se observan reacciones inflamatorias adversas, los polímeros de nanofibra muestran un selectivo incremento en la adhesión de los osteoblastos si los comparamos con polímeros de microfibra(11)(12)(13)

Es bien conocido que los factores de crecimiento aumentan la regeneración periodontal, algunos de ellos son potentes mitógenos y agentes quimiotácticos para las células de origen mesenquimático incluyendo las células del ligamento periodontal y los osteoblastos.En la terapia con factores de crecimiento es muy importante el transporte y sistema de liberación del factor en el sitio que se desea regenerar por consiguiente es fundamental la elección del medio transportador ,pues muchos fracasos se deben a la selección inadecuada de el.

El Quitosano ha ganado un merecido lugar en la terapia de regeneración ósea gracias a sus características y propiedades despertando el interés de los investigadores en estudiar sus aplicaciones(14)(15)(16)(17)(18)

Este polímero puede aumentar la formación ósea in vitro e in vivo y además de esto ha revelado capacidad para regular la liberación de agentes bioactivos, como factores de crecimiento ya mencionados antibióticos y antiinflamatorios también se adapta fácilmente a materiales inorgánicos como el fosfato tricálcico y la hidroxiapatita ,gracias a su variedad de presentaciones como gel polvo o solución sus aplicaciones clínicas son muy amplias (19)(20)(21)(22)

Son numerosos los estudios desarrollados en relación con la aplicación de este biomaterial en cirugía ósea reconstructiva ortopédica y cráneo facial buscando siempre la menor invasión de los tejidos y la facilidad para transportar el material sin presentar efectos adversos. Como se ha expresado este biomaterial puede usarse en variados formas y también puede servir de carrier a otros materiales en cirugía ósea reconstructiva tanto en Medicina como en Odontología

Muthumarthanda R. en 1999 sugiere en un estudio realizado in vitro que Quitosano puede optimizar sus propiedades cicatrizantes si se aplica en forma de sulfato ,pues observo que de esta manera se aumentaba la adhesión de los fibroblastos y promovía la contracción de la matriz de fibras colágenas(23)

En el estudio de Yong-Moo Lee de 2000 se describe la aplicación exitosa de una esponja de Quitosano para aplicar y transportar factor de crecimiento derivado de las plaquetas (PDGF-BB) ,se produce un efecto osteogénico en la regeneración ósea in vivo(7)

Un estudio en animales realizado por el mismo autor también en 2000 se analiza los efectos de la aplicación de Quitosano en una esponja de fosfato tricálcico se concluye que podría ser un promisorio material pues permitiría la regeneración ósea al facilitar el desarrollo de los osteoblastos en una estructura tridimensional(16)

Ishihara M en 2001 encontró que un hidrogel de Quitosano era capaz de acelerar el proceso cicatrizal y de contracción de las heridas

,por lo tanto era posible usarlo como un excelente apósito para cubrir procesos en cicatrización(13)

Kostopoulos L. en 2001 realizo un estudio aplicando Quitosano en forma de microesferas de 2.0mm como material de relleno e inducción ósea, se observó que en esta forma de aplicación se producía un retardo en la neoformación ósea ,sin embargo como se trata de un material altamente biocompatible , se sugiere modificar la forma de aplicación, posiblemente reducir el tamaño de las microesferas o buscar otra forma de aplicación del material(12)

Seung-Yu Shin en 2005 en un experimento realizado en humanos demostró que las membranas de Quitosano con tecnología de nanofibra podían incrementar la regeneración ósea sin presentar ningún signo de reacción inflamatoria lo que abre una puerta para utilizar este material en regeneración ósea guiada(11)

Eun-Kyoung Pang 2005 concluye que al aplicar Quitosano al 0.1% en una esponja de colágeno se incrementa la síntesis de colágeno tipo I y se facilita la diferenciación de células osteogénicas en estas condiciones existe un significativo potencial para acelerar la regeneración ósea de calota craneana en ratas con defectos óseos extensos(21)

Hua. Liu y colaboradores en 2006 permiten afirmar que si se aplica Quitosano formando parte de un sustituto óseo una mezcla constituida por Quitosano, acido citrico, glucosa como fase liquida ,y fosfato tricálcico en polvo, se podría obtener una pasta con consistencia de masilla con buena bioactividad y citocompatibilidad que podría tener positivas aplicaciones(24)

En la actualidad los tratamientos en Periodoncia se orientan hacia la reconstrucción y regeneración de los tejidos, la investigación se focaliza de preferencia en las técnicas y materiales que conducen ésta se han investigado diferentes tipos de injertos en busca de aquel que estimule la regeneración.

En el estudio de Mark Bartold de 2006 se aprecia la orientación hacia la ingeniería tisular donde los procesos celulares y moleculares conducen a la regeneración de los tejidos centrando la atención en los materiales que sirven como sustento o andamiaje en los procesos reconstructivos entre estos materiales esta el Quitosano especialmente en su aplicación como membrana(15)

En su aplicación como trasportador de fármacos el estudio de Decker de 2005 demostró que si se aplicaba clorhexidina en un vehículo de Quitosano las propiedades adhesivas del material actúan sinérgicamente con las propiedades antibacterianas de la clorhexidina potenciando el efecto antiplaca microbiana de esta(4)

La regeneración tisular asistida por membranas ,es una importante técnica en Odontología ,especialmente en la regeneración tisular guiada y en la regeneración ósea guiada ,la aplicación de materiales como el Quitosano que favorece la cicatrización y puede participar como estructura de base en procesos regenerativos abre la posibilidad de estudiar mas ampliamente sus aplicaciones especialmente en Periodoncia para facilitar los procesos regenerativos de las alteraciones generadas por la enfermedad periodontal y sus secuelas ,como también en la reconstrucción de los maxilares afectados por procesos derivados de extracciones antiguas que afectan a los rebordes maxilares y los deforman o procesos tumorales que generan grandes cavidades la solución de ,todas estas situaciones favorece la colocación de implantes y la estética de los tejidos periodontales.

Considerando que Quitosano ha demostrado propiedades regenerativas en diversos tejidos , que es un producto de origen animal relativamente fácil de obtener y posiblemente, también de menor costo que los materiales usados tradicionalmente ,que por sus características de biocompatibilidad ,y factibilidad biológica es usado en Medicina como estimulante en la cicatrización de lesiones extensas , y que presenta muy escasos efectos adversos es válido pensar que se podría aplicar en la regeneración tisular de lesiones y defectos óseos en Odontología. Las proyecciones clínicas de la aplicación de Quitosano en procesos regenerativos parece ser muy promisoria , el presente trabajo ha pretendido otorgar una visión actualizada del material y sus aplicaciones clínicas.

Bibliografía

1 Shahidi F.,,Synowiecki J “Isolation and characterization of nutrients and value-added products from snow crab and shrimp processing discards “Journal of Agicultural and Food Chemistry 1991; 39:1527-1532

2 Shiraishi S, IMAL t, Otagirl M ” Controlled release of Indomethacin by chitosan polyelectrolyte complex : optimization and in vitro /in vivo evaluation” J. control release 1993 ; 25 :217-22

3 Rementeria A, Abaitua F., Garcia-Tobalina r.,Hernando F., Sevilla M.J.”Resistente to candidiasis and macrophage activity in chitin trated mice” FEMS Immunology and medical microbiology 1997; 19: 223-230

4 Decker E, Von Ohlec C, Weiger R, Wiech I, Brecx M. “A Synergistic Chlorhexidine/Chitosan Combination for improved antiplaque strategies”. Journal of periodontal research 2005; 40:373-377

5 Ito M, Hidaka Y, Nakajima M, Yagasaki H.” Effect of hydroxiapatite and connective tissue reactions to a chitosan hydroxiapatite composite membrane”.J. Biomed Mater Res.1999; 45: 204-208

6 Mukherjee DP, Tuntle AS, Roberts RA ,Clavenn AA Rogers S, Smith D ” An animal evaluation of a paste of chitosan glutamate and hydroxiapatite as a synthetic bone graft material” J. Biomed Mater Res. 2003; 673: 603-609

7 Lee Y, Park Y, Lee S, Ku Y, Han S, Choi S, Klokkevold P, Chung Ch. “Tissue engineered bone formation using chitosan /tricalcium phosphate sponges”. Journal of priodontol 2000 ; 3 : 410-417

8 Shigenasa Y, Minami S. “Application of chitin and chitosan for biomaterials” Biotechnol ,Gen Eng.Rev 1995; 13: 383-420

9 Cho YW,Cho YN, Chung Sh, Yoo G, Ko SW “Water soluble chitin as a wound healing accelerator” Biomaterials 1999 ;20 2139-45

10 Jaraman K, Kotaki M, Zhang Y, Mo X, Ramakrishna S.” Recent advances in polimer nanofibers” J Nanosci, Nanotechnol 2004 ;4 :52-65

11 Seung -Yun Shin , Ho-Nam Park, Chong-Pyoung Chung et al.”Biological evaluation of chitosan nanofifer membrane for guided bone regeneration” , J Periodontol 2005;76:1778-1784

12 Kostopoulos L, Lioubavina N, Karring T, Uraguchi R.” Role of chitin beads in the formation of jaw bone by guided tissue regeneration .An experiment in the rat”. Clin. Oral Implant. Res. 2001; 12: 325-331.

13 Ishihara M, Ono K, Sato M, Nakanishi K, Saito Y, Yura H, Matsui T, hattori H, Fujita M, Kikuchi M, Kurita A.”Acceleration of wound contraction and healing with photocrosslinkable chitosan hidrogel”. Wound repair and regeneration 2001;. 6:513-521

14 Itoh S, Suzuki M, Yamaguchi I, Takakuda K, Kobayashi H, Shinomiya K, Tanaka J. “Developmant of a nerve scaffold using a tendon chitosan tube”. Artificial organs. 2003 ; 27:1079-1088.

15 Bartold M, Xiao Y, Lynsgstaadas S, Paine M, Snead M.” Principles and Applications of Cell Delivery Systems for
Periodontal Regeneration”. Periodontology 2000, 2006; 41:123-135.

16 Lee YM, Park YJ, Lee SJ, Chung CH P et al. “The bone regenerative effect of platelet derived growth factor BB delivered with a chitosan /tricalcium phosphate sponge carrier” J. Periodontol 2000 ;71 :418-424

17 Muzzarelli R, Baldassarre V, Conti F, Ferrara P, Biagini B.” Biological activity of chitosan” Biomaterials 1988; 9: 247-253

18 ChungT, Lu Y, Wang H, Chew W, Wang S, Lin Y, Chu S.” Growth of human endothelial cells on different consentrations of gly-arg- gly-asp grafted chitosan surface”. Artificials Organs. 2003; 27 :155-161

19 Vander Lel B, Wildeneur CR, ” Improved healing of microvascular PTFE prostheses by induction of a clot layer: An experimental study in rats “.Plast Reconst Surg. 1989; 84: 960-968

20 Berscht PC, Nies B, Liebendorfer A, Kreuter J. “Incorporation of basic fibroblast growth factor into methylpyrrolidone chitosan fleeces and determination of the in vitro release characteristics” Biomaterials 1993; 14: 939-944

21 Eun-Kyoung Pang, Jeong-Won Palk et al. “Effects of chitosan on human periodontal fibroblasts in vitro and on bone formation in rat calvarial defects “. J. Periodontol 2005; 76 : 1526-1533

22 Shin S, Park H, Kim K, Choi Y, Lee Y, RhyuI,Hans S, Lee S, Chung Ch.” Biological evaluation of chitosan nanofiber membrane for guide bone regeneration”. J Periodontol 2005 ; 76 :1778-1784

23 Muthumartanda R , Mariappan M, Alas E, Williams J, Prager M.” Chitosan and chitosan sulfate have opposing effects on collagen -fibroblast interactions”. Wound repair and regeneration 1999 ; 7: 400-406

24 Hua Liu, Hong Li, Wenjun Cheng,Yuang Yang, Minying Zhu, Changren Zhou. Novel “Injectable Calcium Phosphate / Chitosan composites for bone substitute materials”, Acta Biomaterialia 2006;2 : 555-565.

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