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Nanomateriales a base de carbono para la ingeniería 
tisular de huesos: construcción de hueso nuevo en 
pequeños andamios negros: una revisión*
Gabriela Valdes Echeverry
Zaiderson Samir Astudillo
Stephania Barrera Cespedes
*Reza Eivazzadeh-Keihan, Ali Maleki, Miguel de la Guardia, Milad Salimi Bani, Karim Khanmohammadi Chenab, Paria 
Pashazadeh-Panahi, Behzad Baradaran, Ahad Mokhtarzadeh, Michael R. Hamblin
INTRODUCCIÓN 
● Existe una necesidad creciente de reparar los tejidos dañados, 
como los huesos.
● La ingeniería de tejidos combinada con la nanotecnología se 
considera ahora una alternativa prometedora a las estrategias 
de reparación convencionales.
● Los andamios deben ser biocompatibles sin ningún estímulo de 
inflamación excesiva o respuesta del sistema inmunológico.
● El hueso es único entre los objetivos de la ingeniería de tejidos, 
ya que la resistencia mecánica se vuelve de suma importancia.
● Los materiales de nanocarbono ( fullerenos, grafeno y CNT) se 
han utilizado ampliamente en aplicaciones de transferencia y 
almacenamiento de energía.
Grafeno
Propiedades:
● Cada átomo de carbono tiene dos 
σ-enlaces y uno fuera del plano 
π-enlace
● Alta conductividad térmica y 
eléctrica
● Comportamientos ópticos únicos
● Excelentes propiedades mecánicas
● Estabilidad química extrema 
● Gran superficie por unidad de masa
ÓXIDO DE GRAFENO EN LA INGENIERÍA DE TEJIDOS ÓSEOS
Óxido de Grafeno
Propiedades:
● Compuesto de carbono, oxígeno e hidrógeno en 
proporciones moleculares variables
● Más hidrófilo que el Grafeno puro
● Se dispersa más fácilmente en disolventes 
orgánicos, agua y diferentes matrices
2015:
Xie et al comenzaron con suspensiones acuosas de 
nano-hojas de GO y nanopartículas de hidroxiapatita 
estabilizada con citrato (HAp). Los resultados mostraron 
que los geles G / HAp eran extremadamente porosos, 
mecánicamente fuertes, eléctricamente conductores y 
biocompatibles, por lo que prometedores como andamios 
para la ingeniería de tejidos óseos.
Los nanocompuestos rGO / HAp promovieron 
significativamente la osteo-diferenciación espontánea de 
las células MC3T3-E1. A su vez, aumentaron 
significativamente el proceso de expresión de osteopontina 
y osteocalcina. Asimismo, se descubrió que los injertos 
aumentan la formación de nuevas células óseas en modelos 
animales sin ninguna respuesta inflamatoria.
2016
Los nanocompuestos de polímero y GO no solo 
tienen propiedades morfológicas superiores para 
los andamios, sino que su alta bioactividad hace 
posible permitir la reparación de defectos óseos. La 
resistencia mecánica y la estabilidad del material 
es un factor importante en el diseño de andamios 
para la ingeniería de tejidos. 
Los composites basados en GO poseen estructuras 
altamente porosas y una gran resistencia mecánica 
que les da un buen potencial para los andamios de 
regeneración ósea. Liang y col. informó que los 
andamios compuestos de HAp / colágeno (C) / poli 
(ácido láctico-co-glicólico) / GO (nHAp / C / PLGA / 
GO) podrían estimular la proliferación de células 
MC3T3-E1.
“Las ventajas de GO en la ingeniería de tejidos se 
pueden resumir como resistencia mecánica e hidrofilia 
para mejorar los andamios, aumentar la adhesión y 
acelerar la proliferación de células”
Andamio basado en poli (propilenfumarato) 
/ polietilenglicol / GO-nanocomposito (PPF / 
PEG-GO)
Propiedades:
● Aumento de la resistencia mecánica, la 
biodegradabilidad, una alta tasa de crecimiento 
celular y la diferenciación osteogénica de las 
células óseas en este andamio fueron mejores
En resumen, los materiales basados en GO tienen una amplia gama 
de aplicaciones en la regeneración ósea y la ingeniería de tejidos. 
La gran superficie, la humectabilidad adecuada, las notables 
propiedades mecánicas, la alta capacidad de adhesión y la rápida 
aparición de los efectos de estimulación son ventajas 
impresionantes de los nanomateriales GO. Además, estos 
materiales pueden resolver la débil interacción entre biocerámicas 
y biopolímeros introduciendo fuertes electrostáticos y π-π 
interacciones de apilamiento.
NANOTUBOS DE CARBONO EN LA INGENIERÍA DE 
TEJIDOS ÓSEOS 
Propiedades:
● Resistencia a la tracción ≥ 50 GPa,
● Modulo de Young ≥ 1 TPa, 
● Conductividad σin ≥ 107 S/m, maximum
● Transmitancia Jin ≥ 100 MA/cm2 
● Densidad ρ ≤ 1600 kg/m3
Diámetro:
● SWCNT: 0.8 - 2 nm
● MWCNT: ~ 5 nm
Funcionalización:
No covalente:
● Interacción de van der Waals
● Se conserva la red estructural
● Sin pérdida de propiedades electrónicas
● Envoltura de moléculas alrededor de la 
superficie de CNT
● Utiliza adsorción de polímeros, 
tensioactivos, biomoléculas, nanopartículas, 
etc.
Covalente:
● Formación de enlaces químicos estables.
● Destrucción de algunos enlaces p
● Pérdida de propiedades electrónicas
● Utiliza un accesorio de pared lateral y un 
accesorio de tapa de extremo
● Las reacciones incluyen oxidación, 
halogenación, amidación, tiolación, 
hidrogenación, etc.
El uso de algunos tipos de materiales está limitado en el tejido óseo debido a desventajas específicas (polímeros 
por la poca resistencia mecánica y cerámicas por su fragilidad), hay nuevos compuestos para evitar estas 
desventajas:
● Vidrio bioactivo (BG), CNT y CS (polímero natural)
● Compuestos CNT-HAp 
● Andamios porosos (nHAp / PA66) 
● Andamios 3D-C recubiertos con MWCNT
● Uso de CNT para la proliferación de osteoblastos
● Estructura microporosa 3D (3D-MWCNT)
● Hibridación de CNT con BC (celulosa bacteriana)
● Combinación de trióxido mineral (MTA) y MWCNT
● Andamios nanocompuestos PVA-CNT 
● (PVA: polímeros biodegradables (alcohol polivinílico))
Puntos de carbono en la ingeniería del tejido óseo 
Aplicaciones como biosensor, en bioimagen y catálisis. Tambien se han
sugerido andamios biológicos basados en CD como materiales para la regeneración ósea y para reparar 
defectos óseos.
Pueden estimular la angiogénesis, la adhesión, la diferenciación de osteoblastos y la osteogénesis, 
respectivamente.
Fullerenos en la ingeniería de tejidos óseos
● Tienen propiedades fisicoquímicas, que tienen aplicaciones en química médica, pueden perturbar las 
membranas biológicas y ejercer actividad antibacteriana, y en farmacología. 
● La aplicación biológica de materiales de fullereno abre nuevas vías en la ingeniería del tejido óseo. 
La estructura molecular esférica de los fullerenos permite su uso como agentes captadores de 
radicales libres en biomedicina.
● Los materiales de fullereno muestran un comportamiento interesante como inhibidores del VIH y 
como agentes neuroprotectores
PARTÍCULAS DE NANODIAMANTES (ND) EN LA INGENIERÍA DE TEJIDOS 
ÓSEOS
Poseen útiles propiedades mecánicas y ópticas, son muy rígidas, biocompatibles, conductoras, 
eléctricamente resistentes y químicamente estables. 
Figura 3. Imagen esquemática de la síntesis de PLLA 
y ND-ODA y su función en la ingeniería del tejido óseo
Los andamios fluorescentes no tuvieron efectos adversos sobre la 
proliferación celular y se consideraron seguros. 
Además, los ND y ND-ODA no fueron
tóxico y biodegradable y podría ser una buena alternativa en la 
ingeniería de tejido óseo
CONCLUSIONES
● Muchos alótropos de nanocarbono tienen un alto potencial de uso como andamios para la proliferación de células 
óseas.
● Poseen una buena biocompatibilidad, la biodegradabilidad adecuada y los excelentes efectos de estimulación 
sobre la expresión génica y la proliferación en las células óseas.
● La citotoxicidad es aceptable para la producción de tejido óseo artificial, sin embargo para algunos de ellos el 
riesgo de muerte celular no deseada. Por ende es necesario realizar más estudios sobre la baja citotoxicidad y los 
posibles efectos adversos antes de que estos materiales puedan probarse clínicamente. 
REFERENCIAS
● Reza Eivazzadeh-Keihan, Ali Maleki, Miguel de la Guardia, Milad Salimi Bani, Karim 
Khanmohammadi Chenab, Paria Pashazadeh-Panahi, Behzad Baradaran, Ahad 
Mokhtarzadeh, Michael R. Hamblin. Nanomaterialesa base de carbono para la 
ingeniería tisular de huesos: construcción de hueso nuevo en pequeños andamios 
negros: una revisión. Elseiver. 2019. Pág. 185–201