Implantes biodegradables hechos de nuevo hidrogel podrían ayudar a la regeneración del cartílago

El daño a este cartílago a menudo resulta en dolor, función comprometida y artritis. Una posible solución radica en implantar andamios artificiales basados en proteínas que ayuden a la autorregeneración del cartílago a medida que el andamio se degrada gradualmente. El éxito de la regeneración depende en gran medida de la capacidad del andamio para imitar las propiedades biológicas del cartílago. Sin embargo, unir las propiedades aparentemente incompatibles de rigidez y dureza sigue siendo un desafío para los investigadores. Ahora, se puede usar un nuevo método para crear un gel biodegradable que combina rigidez y dureza, avanzando en la investigación para desarrollar implantes biodegradables para lesiones articulares.

La creación de un implante de cartílago biodegradable requiere una delicada combinación de rigidez y dureza, similar al cartílago natural. Mecánicamente, un objeto rígido resiste la flexión o la deformación, pero por lo general es frágil y se rompe cuando se dobla, como el vidrio. Un objeto duro, por otro lado, es resistente a romperse cuando se dobla, pero puede ser demasiado suave para usar en una articulación, como la gelatina, o incluso más suave que el cartílago natural. Los implantes actuales a base de proteínas reflejan este desajuste entre los requerimientos celulares y lo que se proporciona, lo que dificulta la reparación óptima del cartílago. Investigadores de la Universidad de Columbia Británica (UBC, Vancouver, Canadá) y la Universidad de Nanjing (Nanjing, China) han sido pioneros conjuntamente en un método novedoso para endurecer un gel de proteína sin comprometer la dureza, al entrelazar físicamente las cadenas de una proteína específica que forma la red del gel. .

Estas cadenas entrelazadas pueden moverse, permitiendo la disipación de energía, similar a los amortiguadores de las bicicletas, creada para actividades como saltar. Los investigadores también fusionaron esto con un método conocido de plegar y desplegar proteínas para disipar energía adicional. El gel resultante era extremadamente duro, resistente a las incisiones con un bisturí y más rígido que otros hidrogeles de proteínas. Su resistencia a la compresión fue una de las más altas para este tipo de geles y se comparó favorablemente con el cartílago articular real. Además, el gel recuperó rápidamente su forma inicial después de la compresión, imitando el cartílago real después de saltar. Los conejos a los que se les implantó este gel mostraron signos significativos de reparación del cartílago articular 12 semanas después de la implantación, sin restos de hidrogel ni rechazo por parte del sistema inmunitario. Los investigadores observaron un crecimiento del tejido óseo similar al tejido existente y tejido regenerado adyacente al cartílago existente en el grupo con implantes de gel, resultados significativamente mejores que los observados en un grupo de control.

Sorprendentemente, una variante más rígida del gel arrojó mejores resultados que una más blanda, probablemente debido a que una mayor rigidez es más compatible con los tejidos óseos y cartilaginosos, proporcionando así una señal física al cuerpo para una regeneración eficaz. Sin embargo, según los investigadores, la rigidez extrema no produjo resultados óptimos, posiblemente debido a una degradación más lenta en el cuerpo. La investigación, aunque prometedora, aún se encuentra en sus primeras etapas para ensayos en humanos y requiere más pruebas con animales. Los pasos futuros de los investigadores incluyen probar y refinar la composición del gel actual e introducir señales bioquímicas adicionales para mejorar aún más la regeneración celular.

"El cartílago es complicado", dijo el autor principal, el Dr. Hongbin Li, profesor del departamento de química de la UBC. "La reparación del cartílago articular representa un desafío médico importante porque, naturalmente, no se repara solo".

“Al optimizar juntas las señales bioquímicas y biomecánicas, veremos en el futuro si estos nuevos andamios pueden conducir a resultados aún mejores”, agregó el Dr. Li.

Enlaces relacionados:
Universidad de Columbia Britanica
Universidad de Nanjing