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Antonio Jesús Láinez Ramos
Biomaterials for a cartilage model
En la tabla 2 se recogen los parámetros medidos en el
procesamiento histológico para cada mezcla. En la Imagen 4
pueden observarse algunos ejemplos de fijación en formol y
parafina.
DISCUSIÓN
En este estudio se presenta una metodología sencilla y
económica para generar modelos de cartílago artificial con
los que, en un futuro, analizar muchas de las propiedades
del cartílago sano y patológico así como crear constructos de
cartílago artificial mediante ingeniería tisular. Concretamente,
se han obtenido distintas mezclas de CS-PCL-HA y caracterizado
varias propiedades biofísicas y de procesamiento que resultan
de interés en las mismas.
Los resultados obtenidos en la medición de la humedad
relativa muestran que las mezclas A (62%) y B (60%) se acercan
más al valor del cartílago articular. Además, existe una relación
lineal ostensible entre la humedad relativa y el contenido de
CS-PCL, disminuyendo la humedad con el contenido de CS. Este
hecho es importante ya que desde hace décadas es conocida
la variación del contenido acuoso en relación a determinadas
patologías. Por ejemplo, el cartílago de los pacientes con artrosis
presenta un contenido acuoso aumentado, y lo mismo ocurre en
el caso de derrames, infiltrados y patología inflamatoria (27, 28).
También cabe destacar que el contenido en peso de agua varía
casi linealmente en función de la distancia hasta la superficie,
desde un 85% en la parte más superficial hasta un 70% en la
parte más profunda (29). Por todo ello, conocer cómo varía la
humedad del constructo en relación al contenido de CS o PCL
podría servir para desarrollar modelos de cartílago enfermo o
modelos de análisis microfluídico que reproduzcan el transporte
de agua y nutrientes en el interior del cartílago.
Respecto a los resultados de la medición de la capacidad
para absorber agua, estos concuerdan con los de Xiao et
al. (25), quienes encontraron una relación lineal positiva
entre el contenido de HA y la capacidad de absorber agua
en biomatrices de CS/PCP/HA. En relación a los valores del
cartílago articular, las mezclas A y B muestran una mayor
similitud respecto al mismo, existiendo, al igual que en el
caso anterior, una manifiesta relación lineal decreciente
entre el contenido de CS y la capacidad de absorción
de agua. Esta propiedad guarda relación con el carácter
hidrófilo de la mezcla y podría ser de interés para estudiar
procesos de degeneración cartilaginosa, pues permitiría
crear modelos tisulares con diferente tasa de absorción de
agua para recrear procesos patológicos que tienen lugar
en diversas patologías del cartílago articular. Igualmente
podrían suponer una ventaja terapéutica para coadyuvar en
el tratamiento de defectos cartilaginosos en los que exista
un exceso de líquido (inflamación, derrame sinovial), pues
podrían obtenerse hidrogeles o matrices hidrófilas con gran
capacidad absorbente.
En lo tocante a la densidad y porosidad volumétrica de
las mezclas ensayadas, los resultados obtenidos muestran
una disminución de ambos valores conforme disminuye el
contenido en CS. De forma parecida a lo que ha sucedido
en la medición de los parámetros anteriores, las mezclas
A y B muestran una mayor similitud respecto a los valores
de densidad y porosidad volumétrica del cartílago articular
humano. La porosidad guarda una estrecha relación con la
permeabilidad del cartílago (30), es decir, con la facilidad
para que el líquido fluya a su través, de ahí que, como
hemos señalado con anterioridad, sea una variable de gran
interés si se desean estudiar los mecanismos de transporte
y microfluídica bajo condiciones controladas. Igualmente,
la obtención de hidrogeles y matrices que sustituyan el
cartílago dañado requiere que no existan grandes diferencias
en la densidad del biomaterial utilizado, pues podría generar
alteraciones estructurales y funcionales sobre el cartílago
regenerado.
En conjunto, de las mezclas de biomateriales (CS, HA
y PCL) evaluadas respecto a la humedad relativa, capacidad
de absorción de agua, densidad, porosidad volumétrica,
las muestras A y B mostraron una mayor similitud con el
cartílago humano. Sin embargo, la mezcla A mostraba cierta
inestabilidad a 37 ºC y generó algunos problemas en el
procesamiento histológico. Por ello parece ser un biomaterial
menos apto que la mezcla B, al menos de cara al procesamiento
de rutina. Así pues, la mezcla B (80CS/15PCL/5HA) mostró
ser similar al cartílago humano en los parámetros medidos
y, además, apta para el procesamiento histológico. Cabe
destacar el bajo coste de los biomateriales utilizados para su
elaboración y la sencillez que muestra para ser manipulados
bajo las condiciones habituales del laboratorio y, dada su
naturaleza, potencialmente en técnicas actuales como la
bioimpresión.
Diversos estudios publicados a lo largo de los últimos años
han desarrollado métodos muy diferentes para crear modelos
de cartílago artificial. Sin embargo, hasta donde sabemos, la
obtención y caracterización de los biomateriales utilizados en
este estudio no se ha descrito como modelo de cartílago articular
en la literatura científica. Además, cabe destacar que la inclusión
de HA permitiría crear un posible modelo de cartílago artificial
calcificado sobre el que poder conocer con mayor precisión las
enfermedades condrales y ensayar futuras terapias alternativas.
Por otro lado, el único tejido artificial comercializado hasta la
fecha (Chondrocelect ®) es de cartílago artificial (31), lo que
lo convierte en el tejido con mayor proyección terapéutica y
posibilidades regenerativas en el futuro inmediato.
Los ventajas de este estudio son la sencillez y el bajo coste
económico, además de la optimización de una metodología
inicial antes de ensayar la viabilidad celular. Entre las limitaciones
del presente trabajo, cabe destacar que hemos podido obtener
un biomaterial prometedor, pero aún habrán de aplicársele
otros análisis para caracterizarlo por completo, especialmente
biomecánicos (estudios de tracción, compresión, reología, etc.)
y biológicos (estudios de viabilidad celular).
En suma, la metodología estandarizada en este trabajo
permite generarmatrices de cartílago artificial con características
similares al cartílago humano y capaces de ser sometidas a un
procesamiento histológico, hecho muy relevante al que no todos
los biomateriales se adaptan, y que acaba generando métodos
alternativos de procesamiento que encarecen y dificultan el
proceso.
CONCLUSIONES
En este estudio hemos presentado una metodología
sencilla y económica de obtener una biomatriz con
características de gran interés para emular el cartílago
articular en condiciones fisiológicas. Además, se han evaluado
varios parámetros (humedad relativa, captación de agua,
densidad, porosidad volumétrica y procesamiento histológico)
en las combinaciones ensayadas. La mezcla compuesta por
quitosano (80%), policaprolactona (15%) e hidroxiapatita (5%)
ha resultado, globalmente, la más similar al cartílago articular
en los parámetros evaluados en este trabajo. En el futuro
será necesario estudiar otras características biomecánicas y
biológicas para completar la caracterización de este biomaterial
de cara a sus potenciales aplicaciones como modelo tisular de
cartílago tanto en condiciones sanas como patológicas.
AGRADECIMIENTOS
El presente estudio se ha realizado en el marco del
trabajo de fin de grado del autor principal. Agradecemos
profundamente el trato y la ayuda prestada por los miembros
del departamento de Histología de la facultad de Medicina
de Granada.