Diseñan un novedoso hidrogel que ayuda a regenerar el cartílago

Los tratamientos para las lesiones o la degeneración del cartílago siguen siendo un desafío de vital importancia en la sociedad de hoy día, por lo que las estrategias de ingeniería de tejidos investigan nuevas alternativas basadas en la combinación de terapia celular y andamios 3D como soporte de estas células. Estas terapias han surgido como un nuevo enfoque prometedor para el tratamiento de estas lesiones.

Esquema del proceso de selección del hidrogel y de los resultados obtenidos.

Un equipo internacional de científicos, liderado por la Universidad de Granada (UGR), ha diseñado un novedoso hidrogel, gracias a la novedosa y pionera tecnología de microarrays de polímeros, que ayuda a regenerar con éxito el cartílago.

Los investigadores evaluaron la capacidad de adhesión y viabilidad de condrocitos sanos extraídos de pacientes con artrosis de rodilla (osteoartritis) sobre 380 polímeros diferentes de poliacrilato y poliuretano. De estos 380 polímeros, seleccionaron los 10 que presentaron mejores propiedades para facilitar la adhesión y viabilidad de este tipo celular en concreto, y realizaron estudios para evaluar la capacidad de estos 10 polímeros para mantener el potencial de los condrocitos para producir matriz de cartílago en cultivos a largo plazo.

El polímero de poli (metilmetacrilato-co-metacrilato) fue el que mostró mejores características biológicas y químicas, por lo que se usó para sintetizar hidrogeles para ser utilizados como matrices 3D. El análisis y caracterización de la morfología ultra-estructural, la microestructura, y las pruebas mecánicas de este nuevo hidrogel mostraron que poseía las características adecuadas para generar un soporte que mimetice el ambiente que necesitan los condrocitos en el cartílago.

Biocompatibilidad del hidrogel donde se observa que no hay signos de inflamación ni rechazo.

Además, la caracterización biológica de este material demostró que es capaz de generar el nicho apropiado para el crecimiento en número de los condrocitos manteniendo sus características intactasen el cultivo a largo plazoen el laboratorio. Esto fue demostrado por la alta expresión de genes característicos de condrogénesis como el colágeno tipo 2, Sox9 y el agrecano, y no solo eso, sino que además estos condrocitos proliferaron colonizando todo el hidrogel y produjeron una matriz extracelular rica en proteoglicanos, similar a la matriz que producen en el cartílago nativo.

Un gran potencial

Estudios posteriores en ratones acabaron de certificar el gran potencial de este poliacrilato. En primer lugar, la implantación del hidrogel en ratones inmunocompetentes demostró que el material es totalmente biocompatible, y no genera ningún rechazo por el organismo. Pero no solo eso: además, las células del ratón colonizaron el hidrogel y secretaron matriz extracelular. En segundo lugar, la implantación del hidrogel que previamente había estado en cultivo con condrocitos de los pacientes durante 21 días, puso de manifiesto que, tras ser recuperado de los ratones, los condrocitos seguían manteniendo su viabilidad, proliferando, y expresando los genes de condrogénesis y produciendo la matriz típica de cartílago anteriormente mencionada.

“Es por todo ello que el hidrogel de poli (metilmetacrilato-co-metacrilato) presenta unas características estructurales, y propiedades mecánicas y biológicas que permiten generar un tejido sustitutivo similar al cartílago sano. Por lo tanto, proponemos este nuevo material como un excelente candidato para la regeneración de cartílago, y superar así las limitaciones de los enfoques actuales basados en andamios para el tratamiento de la osteoartritis”, explica el primer autor de este trabajo, el catedrático de Anatomía y Embriología Humana de la UGR Juan Antonio Marchal Corrales.

De izquierda a derecha: Macarena Perán,Juan Antonio Marchal, Juan José Diaz, Gema Jiménez, Salvatore Pernagallo, Elena López.

Este estudio ha sido realizado por un equipo multidisciplinar de científicos compuesto por investigadores de distintas instituciones nacionales e internacionales, como la Universidad de Edimburgo, el grupo de investigación 3B´s Research Group de la Universidad de Minho, la Universidad de Jaén y el Hospital Universitario Virgen de la Victoria de Málaga, todos ellos liderados por investigadores del grupo “Terapias avanzadas: diferenciación, regeneración y cáncer” de la Universidad de Granada, pertenecientes al Instituto de Investigación Biosanitaria de Granada (ibs.GRANADA) y a la Unidad de Excelencia “ModelingNature: from nano to macro” de la UGR.