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Huesos a pedido

Wednesday, June 16, 2004

El Dr. Jeremy Mao compara el cóndilo mandibular con tejido artificial (a la izquierda) con el cóndilo de una mandíbula humana, o hueso mandibular inferior. Foto cortesía de la Universidad de Illinois de Chicago.

El Dr. Jeremy Mao compara el cóndilo mandibular con tejido artificial (a la izquierda) con el cóndilo de una mandíbula humana, o hueso mandibular inferior. Foto cortesía de la Universidad de Illinois de Chicago.

En el futuro, a un paciente que necesite un hueso nuevo o una sección de hueso se le podría fabricar uno utilizando un molde, una solución en gel y unas cuantas gotas de células madre mesenquimales (MSC). Estas células precursoras y versátiles, que se encuentran en la médula ósea y en tejido óseo, pueden transformarse en diferentes tipos celulares, incluyendo hueso, cartílago y músculo esquelético. Con MSC adultas obtenidas de los huesos de las patas de ratas, los científicos han fabricado un cóndilo mandibular con forma humana – la protuberancia redondeada de cada lado del hueso mandibular inferior o mandíbula, que forma una articulación cotiloidea con la parte inferior del cráneo. Mediante procedimientos similares y las propias células madre del paciente, los médicos podrían ser capaces finalmente de construir una mandíbula nueva completa, una rodilla o cadera para alguien que haya perdido estas estructuras debido a una enfermedad o lesión.

Para producir el cóndilo mandibular, el Dr. Jeremy Mao, profesor asociado de bioingeniería y ortodoncia en la Universidad de Illinois en Chicago, y sus colegas establecieron dos cultivos de MSC de rata. Los investigadores trataron un cultivo con un factor de crecimiento que transformaba las MSC en condroblastos, formadores de cartílago. El otro cultivo se trató con una mezcla química que transformaba las células en osteoblastos, formadores de hueso. Después, se mezcló cada tipo celular con un gel líquido no tóxico y un componente gelatinoso que responde a la luz ultravioleta (UV).

A continuación, los investigadores vertieron la solución de condroblastos en la capa inferior de moldes plásticos que tenían la forma de los cóndilos mandibulares humanos y expusieron la solución a luz UV para que se solidificaran. Después, se vertió sobre los moldes la solución de osteoblastos, que también se solidificó con luz UV. Los objetos resultantes con forma condilar, cada uno de ellos del tamaño de una canica, se colocaron debajo de la piel de ratones inmunodeficientes durante tres meses, donde los implantes absorbieron nutrientes de los fluidos circundantes.

El examen posterior de los implantes sugirió que los osteoblastos y los condroblastos habían empezado a producir tejido de cartílago y hueso normal, respectivamente. La tinción de los tejidos para identificar a los componentes de hueso y cartílago, y el examen de los cortes al microscopio mostró que los tejidos tenían una apariencia similar al cartílago y hueso natural. Además, cada tipo celular expresaba genes y producía sustancias químicas características de su tejido, y el contenido de calcio del tejido óseo aumentaba normalmente a lo largo del tiempo. No obstante, a pesar de las similitudes con el cartílago y hueso normal, los cóndilos artificiales no fueron lo suficientemente fuertes para reemplazar los cóndilos en pacientes humanos, dice el Dr. Mao. "Ahora mismo, los cóndilos con tejido artificial son casi tan fuertes como los de bebés recién nacidos," dijo el Dr. Mao.

Los investigadores están tratando ahora dos métodos para aumentar la fuerza mecánica de los cóndilos. Una técnica es administrar factores de crecimiento químicos encapsulados dentro de microesferas de liberación lenta a las células condilares. "Después que la luz UV solidifica el gel, los factores de crecimiento se liberan de las microesferas durante varias semanas, promoviendo la maduración y el crecimiento de tejido adicional," dice el Dr. Mao.

La otra técnica consiste en aplicar fuerzas mecánicas en varios puntos de las células que producen el cóndilo. "Tenemos planeado aplicar fuerzas mecánicas a las células madre mientras están todavía en el cultivo celular y posteriormente, a los osteoblastos y condroblastos del gel," dice el Dr. Mao. "Estos tratamientos pueden aumentar la velocidad de formación de tejido y fortalecer la matriz extracelular entre las células."

"Un día, una persona que haya perdido una articulación por la artritis podrá ir a una clínica, en donde los médicos harán una liposucción para extraer algunas células madre del tejido graso y con estas células fabricarán una nueva articulación para esa persona," dice el Dr. Mao.

La investigación del Dr. Mao está respaldada en parte por el Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería (National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering, el Instituto Nacional de Investigación Cráneofacial y Dental (National Institute of Dental and Craniofacial Research), y la Fundación Whitaker.

Referencias

Alhadlaq A, Elisseeff JH, Hong L, Williams CG, Caplan AI, Sharma B, Kopher RA, Tomkoria S, Lennon DP, Lopez A, Mao JJ. Adult stem cell driven genesis of human-shaped articular condyle. Annals of Biomedical Engineering, 32:911-923, 2004.

Alhadlaq A and Mao JJ. Tissue-engineered neogenesis of human-shaped mandibular condyle from rat mesenchymal stem cells. Journal of Dental Research 82:950-955, 2003.