Unas inyecciones de hidrogel personalizan la reparación de los cartílagos

Según un reciente estudio, un dispositivo nuevo de bioimpresión puede construir andamios biológicos tridimensionales (3D) capaces de regenerar el tejido cartilaginoso deficiente.

Desarrollado en la Universidad de Melbourne (Melbourne, Australia), en el Hospital St. Vincent (Melbourne, Australia) y en otras instituciones, el dispositivo portátil de impresión de aditivos BioPen 3D puede extruir el hidrogel de manera núcleo/cáscara preservando la viabilidad celular durante el proceso de biofabricación. Para el estudio, se recolectaron células madre mesenquimales derivadas de tejido adiposo humano (hADSC, por sus siglas en inglés) de la almohadilla de grasa infrapatelar de los pacientes donantes afectados por osteoartritis, y se cultivaron en presencia de estímulos condrogénicos durante ocho semanas in vitro.

Para probar que se pueden utilizar para la biofabricación de cartílago humano, las hADSC se cargaron en hidrogeles de metacrilato de gelatina (GelMa) y metacrilato de ácido hialurónico (HAMa), y posteriormente se extruyeron a través del BioPen para generar andamios biológicos que formaron cartílago de tipo hialino. Para controlar el tamaño y la forma de los andamios BioPen, los investigadores utilizaron moldes cilíndricos de polidimetilsiloxano (PDMS) para crear una forma deseada con números de células regulados. Inmediatamente después de la extrusión, las muestras se irradiaron con luz ultravioleta (UV) para realizar la polimerización.

La capacidad para producir neocartílago de tipo hialino se analizó mediante estudios de histología, genética y de expresión de proteínas. La formación de neocartílago se definió por la localización de las proteínas y la organización de los componentes principales del cartílago hialino, y se usaron una serie de pruebas de carga mecánica para microscopía de fuerza atómica y de compresión (AFM) con el fin de determinar la topología de la superficie y las propiedades físicas con el tiempo. Los resultados revelaron la generación de colágeno fibrilar maduro después de ocho semanas de condrogénesis. El estudio fue publicado el 21 de agosto de 2018 en la revista Biofabrication.

"Una caracterización completa que incluye análisis de expresión de genes y proteínas, inmunohistología, microscopía confocal, segunda generación de armónicos, imágenes de lámina de luz, microscopia de fuerza atómica y compresión mecánica no confinada demostró que nuestra estrategia produjo la formación de cartílago hialino humano", concluyeron la autora principal, Claudia Di Bella, PhD, de la Universidad de Melbourne, y colegas. "Nuestro enfoque de biofabricación in situ representa una innovación con importantes implicaciones para personalizar la reparación del cartílago en pacientes con lesiones de cartílago y osteoartritis".

La regeneración del cartílago articular hialino robusto es una prioridad clave en la ingeniería del tejido musculoesquelético para prevenir la osteoartritis degenerativa costosa que limita la calidad de vida. La integración de las células madre mesenquimales y las tecnologías de impresión en 3D ha mostrado una promesa significativa en la ingeniería del tejido óseo, pero el desafío clave sigue siendo la transferencia de la tecnología del laboratorio a la sala de operaciones para aplicaciones en tiempo real.

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Universidad de Melbourne
Hospital St. Vincent