Imitar el cartílago articular, que permite un movimiento continuo en las articulaciones de la rodilla y la cadera, es una tarea compleja. 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 tenacidad sigue siendo un desafío para los investigadores.
Ahora, se puede usar un nuevo método para crear un gel biodegradable que combina rigidez y dureza, lo que avanza en la búsqueda para desarrollar implantes biodegradables para lesiones en las articulaciones.
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, se resiste 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 requisitos 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 en conjunto en un enfoque 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, lo que permite la disipación de energía, similar a los amortiguadores de las bicicletas, creada por 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 tales 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.
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, la rigidez extrema no produjo resultados óptimos, posiblemente debido a una degradación más lenta del cuerpo, según los investigadores.
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 doctor 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 doctor Li.
