El cartílago, un componente crucial de las articulaciones, es muy difícil de reparar; un nuevo material puede hacer que se regenere
Una rotura de menisco es una lesión difícil de recuperar. El menisco es un cartílago, un tipo de tejido que protege las articulaciones del desgaste, pero que por desgracia se regenera con mucha dificultad.
Los científicos de la Universidad Northwestern han desarrollado un nuevo material bioactivo que regenera con éxito cartílago de alta calidad en las articulaciones de la rodilla de un modelo animal de gran tamaño, en este caso, una oveja. Aunque parece una sustancia gomosa, el nuevo material es en realidad una compleja red de componentes moleculares imitan el entorno natural del cartílago en el organismo.
En el nuevo estudio, los investigadores aplicaron el material al cartílago dañado de las rodillas de los animales. En sólo seis meses, los investigadores observaron indicios de reparación, incluido el crecimiento de nuevo cartílago que contenía los biopolímeros naturales (colágeno II y proteoglicanos), que permiten una resistencia mecánica sin dolor en las articulaciones.
Los investigadores afirman que, con más trabajo, el nuevo material podría utilizarse algún día para evitar las operaciones de prótesis completas de rodilla, tratar enfermedades degenerativas como la artrosis y reparar lesiones deportivas como la rotura del ligamento cruzado anterior. El estudio se publica en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
Imagen microscópica del nuevo biomaterial. Las nanofibras son rosas; el ácido hialurónico aparece en morado. Créditos: Samuel I. Stupp/Universidad Northwestern
«El cartílago es un componente esencial de nuestras articulaciones», afirma Samuel I. Stupp, de Northwestern, que dirigió el estudio. «Cuando el cartílago se daña o se rompe con el tiempo, puede tener un gran impacto en la salud general y la movilidad de las personas. El problema es que, en los humanos adultos, el cartílago no tiene una capacidad inherente para curarse. Nuestra nueva terapia puede inducir la reparación en un tejido que no se regenera de forma natural. Creemos que nuestro tratamiento podría ayudar a resolver una necesidad clínica grave e insatisfecha». Pionero de la nanomedicina regenerativa, Stupp es catedrático del Consejo de Administración de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Química, Medicina e Ingeniería Biomédica en Northwestern.
¿Qué contiene el biomaterial?
El nuevo estudio es la continuación de un trabajo publicado recientemente por el laboratorio de Stupp, en el que el equipo utilizó «moléculas danzantes» para activar células de cartílago humano con el fin de estimular la producción de proteínas que forman la matriz del tejido. En lugar de utilizar moléculas danzantes, el nuevo estudio evalúa un biomaterial híbrido desarrollado también en el laboratorio de Stupp. El nuevo biomaterial consta de dos componentes: un péptido bioactivo que se une al factor de crecimiento transformante beta-1 (TGFb-1) (una proteína esencial para el crecimiento y mantenimiento del cartílago) y ácido hialurónico modificado, un polisacárido natural presente en el cartílago y en el líquido sinovial lubricante de las articulaciones.
«Mucha gente conoce el ácido hialurónico porque es un ingrediente popular en los productos para el cuidado de la piel», explica Stupp. «También se encuentra de forma natural en muchos tejidos del cuerpo humano, como las articulaciones y el cerebro. Lo elegimos porque se parece a los polímeros naturales del cartílago».
El equipo de Stupp integró el péptido bioactivo y partículas de ácido hialurónico modificadas químicamente para impulsar la autoorganización de fibras a nanoescala en haces que imitan la arquitectura natural del cartílago. El objetivo era crear un andamio atractivo para que las células del propio organismo regeneraran el tejido cartilaginoso. Mediante señales bioactivas en las fibras a nanoescala, el material estimula la reparación del cartílago por las células que pueblan el andamio.
Aplicaciones clínicas
Para evaluar la eficacia del material en el crecimiento del cartílago, los investigadores lo probaron en ovejas con defectos cartilaginosos en la articulación de la babilla, una articulación compleja de las extremidades posteriores similar a la rodilla humana. Este trabajo se llevó a cabo en el laboratorio de Mark Markel, de la Facultad de Veterinaria de la Universidad de Wisconsin-Madison.
Según Stupp, las pruebas en un modelo ovino eran vitales. Al igual que los humanos, el cartílago de las ovejas es terco e increíblemente difícil de regenerar. Las rodillas de las ovejas y las de los humanos también tienen similitudes en cuanto al peso soportado, el tamaño y las cargas mecánicas.
«Un estudio en un modelo ovino es más predictivo de cómo funcionará el tratamiento en humanos», afirma Stupp. «En otros animales más pequeños, la regeneración del cartílago se produce mucho más fácilmente».
En el estudio, los investigadores inyectaron el material espeso y pastoso en defectos del cartílago, donde se transformó en una matriz gomosa. No sólo crecía nuevo cartílago para rellenar el defecto a medida que se degradaba el andamio, sino que el tejido reparado era sistemáticamente de mayor calidad que el de control.
Una solución duradera
En el futuro, Stupp imagina que el nuevo material podría aplicarse a las articulaciones durante cirugías artroscópicas o a cielo abierto. El tratamiento estándar actual es la cirugía de microfracturas, en la que los cirujanos crean pequeñas fracturas en el hueso subyacente para inducir el crecimiento de nuevo cartílago.
«El principal problema de la microfractura es que suele dar lugar a la formación de fibrocartílago (el mismo cartílago que tenemos en las orejas) en lugar de cartílago hialino, que es el que necesitamos para tener articulaciones funcionales», explica Stupp. «Al regenerar el cartílago hialino, nuestro método debería ser más resistente al desgaste, solucionando el problema de la escasa movilidad y el dolor articular a largo plazo y evitando también la necesidad de reconstruir las articulaciones con grandes prótesis».
REFERENCIA
A bioactive supramolecular and covalent polymer scaffold for cartilage repair in a sheep model
