Creating Biomedical Technologies to Improve Health

Curación del cartílago por sí mismo

Monday, August 2, 2004

En sólo dos semanas, el cartílago – uno de los tejidos más difíciles de reparar – volvió a crecer en la rodilla de un conejo. El cartílago recién restaurado, teñido de púrpura oscura a la derecha, se reconstruyó utilizando un nuevo biomaterial que promueve el crecimiento de cartílago. Con más estudios, este biomaterial podría un día ayudar a reparar el cartílago dañado por lesiones.

En sólo dos semanas, el cartílago – uno de los tejidos más difíciles de reparar – volvió a crecer en la rodilla de un conejo. El cartílago recién restaurado, teñido de púrpura oscura a la derecha, se reconstruyó utilizando un nuevo biomaterial que promueve el crecimiento de cartílago. Con más estudios, este biomaterial podría un día ayudar a reparar el cartílago dañado por lesiones.

Una estructura de apoyo del tejido artificial puede ayudar al organismo a reparar las rodillas y articulaciones debilitadas.

El cartílago dañado de las rodillas y articulaciones – causado por una lesión traumática o por el desgaste regular de la edad – es casi imposible de reparar por parte del organismo. A diferencia de otros tejidos, el cartílago carece de los vasos sanguíneos que administran nutrientes y otras sustancias curativas a las regiones dañadas. El tratamiento médico normalmente está dirigido a aliviar el daño y las molestias sin mejorar las lesiones subyacentes. Actualmente los científicos están trabajando para desarrollar un biomaterial que pueda ayudar al organismo a utilizar sus propios recursos para reponer el cartílago dañado.

La investigación conducida por la Dra. Lori Setton, profesora asociada y directora de laboratorio de ingeniería de tejidos y mecánica del cartílago de la Universidad de Duke, ha producido un versátil polímero líquido en gel que solidifica en 30 segundos cuando se expone a la luz de un láser. Esta dualidad líquido/sólido permite la inyección del material y su “vertido” en el tejido cartilaginoso desgarrado, donde el gel líquido se adapta al contorno y tamaño del desgarro del cartílago. Una vez colocado, el biomaterial polimeriza hasta el estado sólido y sirve como una estructura de soporte para los propios condrocitos del cuerpo, que ayudan a reconstruir el cartílago. El polímero se ha utilizado in vivo en conejos para reparar el cartílago con resultados prometedores.

De la córnea al cartílago

La idea de este nuevo biomaterial fue de la Dra. Setton en 1997 después de asistir a una conferencia interdisciplinaria ofrecida por el Dr. Mark Grinstaff, un profesor de química en la Universidad de Duke. El Dr. Grinstaff desarrolló inicialmente el material a partir de un material natural llamado hialuronano, como un líquido para reparar la córnea. “Cuando terminó el seminario, le pregunté si el material podría fabricarse con mayor rigidez para soportar las demandas mecánicas del cartílago. Empezamos a trabajar juntos en esto y Mark sintetizó aproximadamente cinco formulaciones diferentes antes de que empezáramos a probarlas en modelos animales”, dice la Dra. Setton.

A escala molecular, el biomaterial se comporta como una estructura de soporte biológico diminuta que proporciona el entorno necesario para que las células de cartílago (condrocitos) generen tejido nuevo. Alimentar el crecimiento de los condrocitos es esencial ya que estas células producen colágeno, una molécula helicoidal filamentosa que también se encuentra en la piel y el pelo, lo que la convierte en la proteína más abundante del cuerpo. En un individuo sano, los condrocitos reconstruyen continuamente el colágeno del cartílago a medida que se desgasta por las actividades normales del cuerpo. Sin condrocitos, ningún biomaterial implantado volvería a crecer y eventualmente fallaría. El nuevo biomaterial también ofrece otras ventajas. “A medida que las células migran a la estructura de soporte del biomaterial, forman un cartílago nuevo que eventualmente sustituye al biomaterial”, explica la Dra. Setton.

Actualmente, los médicos tratan el cartílago dañado con inyecciones de fluido terapéutico o con cirugía para implantar condrocitos. La inyección directa de hialuronano en forma líquida en las articulaciones ayuda a complementar la propia lubricación natural de la articulación, mejorando así el movimiento y disminuyendo el dolor por hasta seis meses. La técnica quirúrgica implica desarrollar las células del cartílago del paciente en el laboratorio y después implantarlas en el desgarro de la articulación del paciente. Sin embargo, las inyecciones de fluido requieren tratamientos repetidos, y el procedimiento quirúrgico es caro y necesita una recuperación posquirúrgica lenta.

El biomaterial descubierto por la Dra. Setton y sus colegas ofrece lo mejor de ambas opciones para aliviar el dolor y una solución a largo plazo. “Esperamos que el nuevo procedimiento logre casi el mismo éxito, o más, que el trasplante de células de cartílago. Y puesto que se inyecta y solidifica en la zona lesionada, debería integrarse mejor, ser más duradero y ofrecer una recuperación más rápida. El procedimiento también sería menos costoso que el transplante de células", explica la doctora.

Está investigación está siendo financiada parcialmente por el Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería (National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering) y por el Instituto Nacional de Artritis y Enfermedades Cutáneas y Músculo esqueléticas (National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Disorders). El equipo de la Dra. Setton está ampliando actualmente su investigación al trabajar con nuevas versiones de biomateriales naturales. “Estamos evaluando estos nuevos materiales en modelos animales grandes que, con un poco de suerte, preparará el camino para un tratamiento clínico en el futuro”, dice la doctora.

Referencia

Nettles DL, Vail TP, Morgan MD, Grinstaff MW, Setton LA. Photocrosslinkable hyaluronan as a scaffold for articular cartilage repair. Annals of Biomedical Engineering 32:391-397, 2004.