Crean un biomaterial que regenera el cartílago en las articulaciones

El cartílago es un tejido muy difícil de reparar, pero ahora científicos de la Universidad Northwestern han desarrollado un nuevo material bioactivo que ha conseguido regenerar eficazmente cartílago de alta calidad en las articulaciones de la rodilla de ovejas, cuyas rodillas guardan similitudes con las humanas. Aunque parece una sustancia viscosa, el material es en realidad una compleja red de componentes moleculares, que actúan en conjunto para imitar el entorno natural del cartílago en el organismo.

Los investigadores aplicaron el material al cartílago dañado en las articulaciones de las rodillas de los animales. En tan solo seis meses, comprobaron que se había producido una reparación mejorada que incluía el crecimiento de nuevo cartílago que contiene biopolímeros naturales (colágeno II y proteoglicanos), que permiten una resiliencia mecánica sin dolor en las articulaciones.

Estos científicos afirman que continuar trabajando con el nuevo material permitirá que algún día se pueda utilizar para prevenir cirugías de reemplazo total de rodilla, tratar enfermedades degenerativas como la osteoartritis y reparar lesiones relacionadas con el deporte, como la rotura del ligamento cruzado anterior (LCA). Los resultados del estudio se han publicado en Actas de la Academia Nacional de Ciencias.

"El cartílago es un componente crítico en nuestras articulaciones", ha señalado Samuel I. Stupp de Northwestern, que ha dirigido el estudio. "Cuando el cartílago se daña o se descompone con el tiempo, puede tener un gran impacto en la salud y la movilidad general 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 naturalmente. Creemos que nuestro tratamiento podría ayudar a abordar una necesidad clínica grave e insatisfecha".

Un material que mejora la movilidad y evita el dolor a largo plazo

Pionero de la nanomedicina regenerativa, Stupp es profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Química y Medicina de la Junta Directiva. e Ingeniería Biomédica en Northwestern, donde es director fundador del Instituto Simpson Querrey de BioNanotecnología y su centro afiliado, el Centro de Nanomedicina Regenerativa. El nuevo estudio sigue a un trabajo publicado recientemente en el laboratorio de Stupp, en el que el equipo utilizó "moléculas danzantes" para activar células de cartílago humano para impulsar la producción de proteínas. que construyen la matriz del tejido.

En lugar de utilizar moléculas danzantes, el nuevo estudio evalúa un biomaterial híbrido también desarrollado 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 el líquido sinovial lubricante en las articulaciones.

"Muchas personas están familiarizadas con el ácido hialurónico porque es un ingrediente popular en los productos para el cuidado de la piel", dijo Stupp. "También se encuentra naturalmente en muchos tejidos del cuerpo humano, incluidas las articulaciones y el cerebro. Lo elegimos porque se parece a los polímeros naturales que se encuentran en el 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 propias células del cuerpo regeneren el tejido del cartílago. Utilizando señales bioactivas en las fibras a nanoescala, el material fomenta la reparación del cartílago por parte de las células que pueblan el andamio.

"Nuestra nueva terapia puede inducir la reparación en un tejido que no se regenera naturalmente"

Para evaluar la eficacia del material a la hora de promover el crecimiento del cartílago, los investigadores lo probaron en ovejas con defectos del cartílago en la articulación de la rodilla, una articulación compleja en las extremidades traseras similar a la rodilla humana. Este trabajo se llevó a cabo en el laboratorio de Mark Markel en la Facultad de Medicina Veterinaria de la Universidad de Wisconsin-Madison.

Según Stupp, las pruebas en un modelo de oveja eran vitales. Al igual que los humanos, el cartílago de oveja es rebelde e increíblemente difícil de regenerar. Las rodillas de oveja y las rodillas humanas también tienen similitudes en cuanto a soporte de peso, tamaño y cargas mecánicas. "Un estudio sobre un modelo de oveja es más predictivo de cómo funcionará el tratamiento en humanos", dijo 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 los defectos del cartílago, donde se transformó en una matriz gomosa. No sólo creció nuevo cartílago para llenar el defecto a medida que se degradaba el andamio, sino que el tejido reparado fue consistentemente de mayor calidad en comparación con el control.

En el futuro, Stupp imagina que el nuevo material podría aplicarse a las articulaciones durante cirugías de articulación abierta o artroscópicas. El estándar de atención actual es la cirugía de microfractura, durante la cual los cirujanos crean pequeñas fracturas en el hueso subyacente para inducir el crecimiento de nuevo cartílago.

"El principal problema con el enfoque de microfractura es que a menudo resulta en la formación de fibrocartílago —el mismo cartílago de nuestros oídos—, a diferencia del cartílago hialino, que es el que necesitamos para tener articulaciones funcionales", afirmó Stupp. "Al regenerar el cartílago hialino, nuestro enfoque debería ser más resistente al desgaste y desgarros, solucionando el problema de la mala movilidad y el dolor articular a largo plazo y evitando al mismo tiempo la necesidad de reconstrucción articular con grandes piezas de hardware", concluye.