Un nuevo biomaterial regenera el cartílago dañado de las articulaciones
Científicos desarrollan un material bioactivo capaz de regenerar con éxito cartílago de alta calidad en articulaciones dañadas. Podrá usarse para tratar enfermedades degenerativas, como la osteoartritis, y reparar lesiones como los desgarros del ligamento cruzado anterior.
Por Amanda Morris
Microestructura del nuevo material bioactivo regenerador de cartílago: las fibras son de color rosa; y el ácido hialurónico, morado. Imagen: The Stupp Group
Científicos de la Universidad Northwestern, en Estados Unidos, han desarrollado un nuevo material bioactivo que regenera con éxito cartílago de alta calidad en las articulaciones de la rodilla de ovejas.
Aunque parece una sustancia gomosa, el material es en realidad una compleja red de componentes moleculares que actúan conjuntamente para imitar el entorno natural del cartílago en el organismo.
En el nuevo estudio, los investigadores aplicaron el material al cartílago dañado de las rodillas de animales de laboratorio. En sólo seis meses, los investigadores observaron indicios de una reparación mejorada, 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 dicen en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) que el nuevo material algún día podría usarse para prevenir cirugías de reemplazo completo de rodilla, tratar enfermedades degenerativas, como la osteoartritis, y reparar lesiones relacionadas con el deporte, caso de los desgarros del ligamento cruzado anterior.
Una pieza fundamental de la articulación de los huesos
El cartílago en las articulaciones es un tipo de tejido conectivo que tiene una función crucial en el cuerpo humano. Actúa como un amortiguador, absorbiendo el impacto y la presión durante el movimiento; proporciona una superficie lisa y resbaladiza, lo que permite que los huesos se deslicen fácilmente unos sobre otros; y protege los extremos de los huesos de desgaste y daños.
“"El cartílago es un componente esencial de nuestras articulaciones —afirma Samuel I. Stupp, de la Northwestern University, que ha dirigido el estudio. Y añade—: Cuando el cartílago se daña o se rompe con el paso del tiempo, puede tener un gran impacto en la salud general y la movilidad de las personas. El problema es que, en los seres 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."
El nuevo estudio sigue a un trabajo publicado recientemente por el laboratorio de Stupp, en el que el equipo utilizó moléculas bailarinas para activar células de cartílago humano con el fin de impulsar la producción de proteínas que construyen la matriz del tejido. Moléculas bailarinas es el apelativo acuñado por los investigadores de la Universidad Northwestern para sus innovadoras nanofibras sintéticas, formadas por ensamblajes moleculares de decenas a cientos de miles de moléculas capaces de interactuar con receptores celulares.
Uno de los ingredientes del nuevo biomaterial es el ácido hialurónico
Para la nueva investigación, en lugar de utilizar estas moléculas danzantes echaron mano de 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 que lubrica las articulaciones.
"Mucha gente conoce el ácido hialurónico porque es un ingrediente popular en los productos para el cuidado de la piel —explica Stupp. Y añade—: 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 cartílago es fundamental para el buen funcionamiento de las articulaciones, y su cuidado adecuado puede prevenir muchos problemas articulares a largo plazo. Imagen generada con DALL-E
El equipo de Stupp integró el péptido bioactivo y partículas de ácido hialurónico modificadas químicamente de manera que impulsan 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 nanofibras, el material estimula la reparación del cartílago gracias a las células que pueblan el andamio.
Relevancia clínica en humanos
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 (EE. UU.).
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 babillas de las ovejas y las rodillas de los humanos también tienen similitudes en cuanto al peso soportado, el tamaño y las cargas mecánicas.
El cartílago tratado (teñido con safranina) muestra el defecto rellenado. Crédito: Samuel I. Stupp / Universidad Northwestern
"Un estudio en un modelo ovino es más predictivo de cómo funcionará el tratamiento en humanos —afirma Stupp. Y añade—: En otros animales más pequeños, la regeneración del cartílago se produce mucho más fácilmente".
Para el ensayo, los investigadores inyectaron el material espeso y pastoso en las áreas defectuosas del cartílago, donde se transformó en una matriz gomosa. No solo crecía cartílago nuevo para llenar el área lesionada a medida que el andamio se degradaba, sino que el tejido reparado era consistentemente de mayor calidad en comparación con el control.
Una solución duradera
En el futuro, Stupp imagina que el nuevo material podría aplicarse a las articulaciones durante cirugías artroscópicas o abiertas. El tratamiento estándar actual es la cirugía medinate 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. Y concluye—: Al regenerar el cartílago hialino, nuestro enfoque debería ser más resistente al desgaste, y solucionar el problema de la escasa movilidad y el dolor articular a largo plazo y, al mismo tiempo, evitar la necesidad de reconstruir las articulaciones con grandes piezas de implante". ▪️
Información facilitada por la Northwestern University -Adaptación: Enrique Coperías / RexMolón Producciones
Fuente: Stupp, Samuel I. A bioactive supramolecular and covalent polymer scaffold for cartilage repair in a sheep model. Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2405454121
