Científicos del Instituto Terasaki para la Innovación Biomédica (TIBI), la Universidad de Illinois Chicago (UIC) y la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH) han analizaron la importancia de la generación de cartílago en las articulaciones para impulsar el desarrollo de mejores trasplantes.

Los investigadores esperan que sus hallazgos allanen el camino para diseñar trasplantes de ingeniería menos costosos y más efectivos.

Al cuerpo se le dificulta mucho sanar los cartílagos dañados debido al suministro limitado de sangre y la pequeña cantidad de células de cartílago en las articulaciones. Actualmente, los tratamientos incluyen injertar el cartílago intacto de un paciente de una articulación sana a una dañada. También se realizan trasplantes de células del cartílago de un paciente de una articulación a otra. Pero, estos métodos son costosos y no restauran adecuadamente la funcionalidad de la articulación dañada.

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Otra opción existente para la reparación del cartílago implica el uso de células madre mesenquimales humanas (hMSC). Estas células se pueden renovar y convertir en cualquier tipo de célula del cuerpo, incluidas las células del cartílago. Con estas células, los trasplantes se pueden diseñar para una regeneración de cartílago más eficaz.

Por lo general, las articulaciones del cuerpo y su regulación de la regeneración del cartílago son extremadamente complejas. Dentro de las articulaciones, las células del cartílago están rodeadas por dos capas distintas: la matriz pericelular (PCM) y la matriz extracelular (ECM).

Importancia de la regeneración del cartílago para crear mejores trasplantes de articulaciones

Para diseñar implantes que reemplacen el cartílago dañado se deben tener presente las propiedades micromecánicas. Estas deben recrearse lo más fielmente posible para impulsar la regeneración adecuada del cartílago y la integración con el cartílago nativo sano. También se deben tener en cuenta los efectos de las tensiones mecánicas externas sobre los implantes, que pueden influir en el comportamiento celular.

En su reunión, los investigadores examinaron estas propiedades y sus efectos mediante la creación de innovadores equivalentes de tejido de cartílago como modelos de cartílago nativo. Para crear un modelo de PCM, emplearon tecnología de microfluidos para crear minigotas de hidrogel de tamaño uniforme incrustadas con hMSC. Estos mini hidrogeles fueron luego encapsulados por una capa rígida de polímero que simulaba la ECM.

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Para simular movimientos corporales regulares sobre las articulaciones, los científicos utilizaron un chip que aplica presión en modelos PCM/ECM cargados de hMSC con desajustes de propiedades micromecánicas diseñados a medida y midieron las biomoléculas producidas. A partir de estos experimentos, los científicos pudieron encontrar las condiciones óptimas para una mejor regeneración del cartílago y, al mismo tiempo, redujeron la formación excesiva de cartílago.

Conclusiones

Las conclusiones generales de los científicos fueron que la rigidez y la degradación del PCM y las propiedades de desajuste micromecánico del PCM-ECM funcionan en sinergia con la compresión mecánica cíclica para impulsar la formación de cartílago deseable en las hMSC.

Ahora los científicos esperan que sus hallazgos se empleen para crear con éxito tejido cartilaginoso funcional y regenerativo que se pueda emplear como trasplantes.

Referencias:

Micromechanical property mismatch between pericellular and extracellular matrices regulates stem cell articular and hypertrophic chondrogenesis: https://dx.doi.org/10.1016/j.matt.2022.11.008

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