BioRes 06-2-1719 Wanrosli HA Cellulose Phosphate Palm Biomater 1459
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https://www.ucm.es/valletregigroup
“Mujeres, Investigación e innovación” María Vallet-Regí
Madrid. 22 de marzo de 2018
Articulaciones
Dispositivos de fijación
ortopédica
Relleno de cavidades
óseas
Válvulas cardiacas artificiales
Obliteración de cavidades
periodontales
Implantes dentales
Implantes de otorrinolaring
ología
Reparación craneal
Tendones y ligamentos artificiales
Aplicaciones ortopédicas que soporten carga
Dispositivos de acceso
percutáneo
Prótesis de cresta alveolar
Reconstrucción maxilofacial
Queratoprótesis
Cirugía de columna
prótesis de barbilla y mandíbula
clavos para hueso
articulación de hombro
mamoplastia
riñones, hígado, páncreas
muñeca placas de dedos
articulación de dedos de la mano
pulmón
corazón, marcapasos
prótesis de codo
válvula cardiaca
discos intervertebrales
prótesis de articulación de
cadera
vasos sanguíneos
prótesis de rodilla
varillas y clavos de fémur
esfínter
ligamentos, suturas
varillas y clavos de tibia
prótesis de tobillo
articulación de dedos de pie
esófago
tendones piel
uretra
traquea
laringe
placas craneales metálicas
ojo, lentes, córneas
nariz oído
dentaduras
Esperanza de vida Roma Imperial:
22 años
Principios de siglo XX 40 años
Final siglo XX
80 años
España 2017 Hombres:80,4 Mujeres:85,9
María Vallet-Regí
sano
Small Bone deffect
Implant Insertion
HA/biopolymer foam
Foam degradation
Bone Regeneration
+ 4 meses
J Gil-Albarova, M Vila, J Badiola-Vargas, S Sánchez-Salcedo, A Herrera, M Vallet-Regí, Acta Biomaterialia 8 (10), 3777-3783,2012
Functionalizing
Osteoblasts
Drugs
Pores of bone
0,1nm 1nm 10nm 100nm 1mm 10mm 100mm mm
Growth Factors Peptides Proteins
A.Salinas, P. Esbrit, M. Vallet-Regí. Biomater. Sci. 1, 40-51 (2013).
Recolección de células
Ingeniería de tejidos Sembrado de células
en el andamiaje
Aislamiento de células
Proliferación celular
Proliferación y/o
diferenciación en condiciones
óptimas
Relleno del defecto óseo
Stimuli
Nanogates
SiO2
Citotoxic
OH HO
OH OH OH OH
OH
HO
Dru
g re
lease
d
Stimulus ON OFF ON OFF ON OFF
Nanosistemas inteligentes para liberación de fármacos
Mesoporous silica nanoparticles MCM-41 TYPE High load charge (S ≈ 1000 m2/g)
50 nm 50 nm
Mechanically, thermally and chemically stable
•High surface areas (ca. 1000m2/g) •High pore volume (ca. 1 cm3/g) •Narrow distribution of tunable pore diameters (2-50 nm)
Easy chemical modification of surface silanol groups
Outstanding properties for the adsorption of drugs
Targeting ligand
Polyethylenglicol: PEG
Dispersant
Citotoxic
Magnet
Contrasting agent
Tumoral Cell
ACTIVE TARGETING
Healthy Cell
Targeting molecule MSNs loaded with therapeutic agents
Main players
Cancer cell surface receptor
Design elements
cell
Selective recognition
Tumoral cells typical overexpressions: -Folate receptors
- Biotin receptors
- Transferrin receptors
- Speciffic receptors (Norepinefrine, …)
- HER2, GD2, …..
Tumoral cell
g-Fe2O3
g-Fe2O3
g-Fe2O3
g-Fe2O3
g-Fe2O3
g-Fe2O3
g-Fe2O3
g-Fe2O3
g-Fe2O3
g-Fe2O3
g-Fe2O3
SiO2
0 20 60 100 140 180
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Ibu
pro
fen
rele
ased
(%)
T ( h)
0 20 60 140 180
0
10
20
30
40
50
60
70
80
rele
ased
Sustained release
Cis-platinum
50 nm
g-Fe2O3
g-Fe2O3
g-Fe2O3
g-Fe2O3
g-Fe2O3
g-Fe2O3
g-Fe2O3
Non-toxic pro-drugs
cleavable shell
Stimuli- responsive
Stimuli
Iron oxide nanocaps Drug
Complementary DNA strands
E.Ruiz. A.Baeza. M.Vallet-Regí. ACS Nano 2011,5(2)1259
0 50 100 150 200 250 300 350
0
20
40
60
80
100
60ºC
55ºC
30ºC
42ºC F
luor
esc
ein
rele
ased (
%)
t / min
37ºC
Thermal response: gating mechanism and dosing
E. Ruiz. A. Baeza. M. Vallet-Regí. ACS Nano 2011, 5(2) 1259-1266
Tumoral cell
Transferrin
Transferrin receptor
Photosensitive linker
M. Martínez, ..M. Vallet-Regí, J. Mat. Chem. B, 2015, 3, 5746-5752
100% cell death using 0.01 µg/mL
Light On
M. Martínez, A. Baeza, M.A. Rodriguez, J. García-Castro, M. Vallet-Regí, J. Mat. Chem. B, 2015, 3, 5746-5752
Internalization
Transferrin Capping+Targeting
Magnetic nanoparticles Heat generation
Mesoporous silica Drug load
Thermosensitive polymer molecular gate
Fluorescein Tripsine inhibitor
Baeza, A.; Guisasola, E.; Ruiz-Hernández, E.; Vallet-Regí, M. Chem. Mater. 2012, 24 (3), 517–524
Fluorescein release: slow release Trypsin inhibitor release: fast release
SLOW release
FAST release T > TLCST
AC magnetic field
Polímero sensible a US
J.L. Paris, M. V. Cabañas, M. Manzano, and M. Vallet-Regí, ACS Nano 2015.
Ultrasounds
US
Time (h)
% F
l u o r e
s c e i n
r e l e
a s e d
0 5 10 15 20 25 0
50
100
J.L. Paris, P. de la Torre, M. Manzano, M.V. Cabañas, A.I. Flores and M. Vallet-Regí,
Acta Biomat.2016, 33, 275-282.
Mesenchimal Steam Cells from Human Placenta as Carriers
100mm
DMSCs Mesenchymal
Stem Cells from human decidua
NPs
1st Cellular vehicles as stimuli-responsive
drug delivery systems
1st Nanomedicine in clinical trials combining targeting and triggering
abilities
Targeting Triggered release
Noninvasive Great knowledge about the physiological pH, the organelles and the tumor environment
TOP Gelatin
FA
FA-R
TOP
Gelatin FA
M. Martinez-Carmona, D. Lozano, M. Colilla, M. Vallet-Regi, RSC Adv. 2016, 6, 50923–50932.
A potent antitumor drug that degrades at physiological pH
Topotecan
(TOP)
pH-sensitive MSNs for targeted antitumor therapy
Transporting pro-drugs
Non-toxic pro-drugs
A. Baeza, E. Guisasola, A. Torres-Pardo, J.M. González-Calbet, G.J. Melen, M. Ramirez, M. Vallet-Regí. Adv. Func. Mater., 2014, 24, 4625–4633
In situ cytotoxic agent generation by cell or tissue accumulation
A. Baeza, E. Guisasola, A. Torres-Pardo, J.M. González-Calbet, G.J. Melen, M. Ramirez, M. Vallet-Regí. Adv. Func. Mater., 2014, 24, 4625–4633
Prodrug
Citotoxic
Enzyme
Encapsulated Enzyme
Mesoporous nanoparticle
Encapsulated Enzyme
Active Targeting
Passive
Funcionalitation with PEG
Cargo with citotoxic drug
Funcionalitation with localting
agent
Overexpressed cell receptor
Y
Control Naked MSN PEG-MSN PEG-MABG-MSN
g-Fe2O3
g-Fe2O3
drugs g-Fe2O3
Magnetic nanoparticles
Polymer coating
MRI agents
Nanogates
Fluorescent molecules
R
Organic functionalisation
R R
Targeting agents
Proteins
SiO2
Nucleic acids
g-Fe2O3
g-Fe2O3
g-Fe2O3
Osteoporosis
Cancer
Infection
Drug set Peptide set
Targeting set
Sets
Osteoporosis
Bone cancer
Bone infection
Validation
VERDI
polyValent mEsopoRous nanosystem for bone DIseases
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1900 10 20 30 40 50 60 70 80 90 2000 10 2020
Esperanza de vida en España: 1900 - 2016
Hombres: 80,4 años Mujeres: 85,9 años
Instituto Nacional de Estadística. Esperanza de vida en España 2016
72
74
80
76
78
82
84
86
0
70
Esp
aña
UE-28
Esp
aña
UE-28
80,1
77,9
85,8
83,3
EV,
2015 (año
s) Hombres
Mujeres
M
U
E
R
T
E
Envejecimiento exitoso
Envejecimiento normal
Envejecimiento acelerado
Robustez
Fragilidad
Discapacidad
Muerte Capa
cidad d
e r
ese
rva f
uncion
al
90 años 40 años
Vivir más ≠ Vivir mejor: sin discapacidad
M
U
E
R
T
E
www.ucm.es/valletregigroup
SCIENTISTS VS
WOMEN
OR WOMEN
SCIENTISTS
Battle of Sexes Whirls Above Science Gap
Battle of Sexes Whirls Above Science Gap
• Teranosis – combinación de terapia/diagnosis o Detección y terapia focalizada de enfermedades o Visualizar y evaluar la eficacia del tratamiento
La Nanomedicina: Aplicaciones y ventajas potenciales
• Nanodispositivos o Biosensores: mayor precisión y sensibilidad o Nanorobots: detección y reparación a nivel celular
• Diagnosis o Mayor sensibilidad, rapidez y precisión o Diagnóstico en fases tempranas o Detección específica de biomarcadores patológicos
• Liberación de fármacos, terapia focalizada o Mejorar el perfil farmacológico o Liberación selectiva a los tejidos diana o Superación de barreras biológicas o Disminución de efectos secundarios
0,1nm
1nm
10nm
100nm
1mm
10mm
100mm
10 H atoms = 1 nm 1 DNA molecule=2.5nm 1 hair=80,000nm A4 thickness=100.000nm
Atom
Molecule
Protein
Colloidal gold
bacteria
Animal cell
DNA
virus
nanoparticles
nanotube
Biological apatites
Bone porosity
Osteoinductive agents
0,1nm
1nm
10nm
100nm
1mm
10mm
100mm
1mm
Scaffold
Bone cells
1mm
Mesoporous silica NP
María Vallet-Regí
Transporting cytotoxic compounds
Problem
Non-toxic pro-drugs Stimuli-
responsive
Solutions
cleavable shell
Nanoceramics in Clinical Use: From Materials to Applications (2nd Edition) M. Vallet-Regí, D. Arcos Editorial:RSC Nanoscience & Nanotechnology. Cambridge.U.K. (2015) ISBN: 978-1-78262-104-1
María Vallet-Regí
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