Ingeniería tisular en el cartílago articular: Estudio in vivo del proceso de regeneración mediante Scaffolds bioestables.

Abstract

La prevalencia de las lesiones del cartílago articular tanto degenerativas como post-traumáticas se considera elevada. Teniendo en cuenta que se trata de un tejido avascular e hipocelular, su capacidad de respuesta reparativa mediante mecanismos biológicos se encuentra limitada.

Muchas de las técnicas quirúrgicas empleadas en la actualidad para el tratamiento de dichas lesiones permiten obtener tejido fibrocartilaginoso. Las técnicas en las que se emplean soportes macroporosos, andamiajes o scaffolds sintetizados mediante ingeniería tisular han conseguido obtener cartílago regenerativo de características hialinas, evitando en gran medida la morbilidad y ciertas complicaciones inherentes a las primeras.

En el presente trabajo hemos utilizado el conejo de raza New Zealand de doce semanas de edad como animal de experimentación. Siguiendo los protocolos legales establecidos para la cirugía experimental, hemos creado una lesión en la superficie del complejo osteocondral de la rodilla del animal utilizando un instrumento de biopsia cutánea de tres milímetros de diámetro. A continuación, rellenamos el defecto inducido con un implante de diferente composición según la serie considerada.

Distinguimos cuatro series quirúrgicas según los biomateriales utilizados para la síntesis de cada uno de los andamiajes implantados. En la serie I, los soportes están compuestos por el 90% de acrilato de etilo (EA) y el 10% de ácido metacrílico (MAAc). La serie II es aquella cuyos scaffolds están constituidos por el 90% de EA y el 10% de acrilato de hidroxietilo (HEA). La composición química de los implantes de la serie III es EA al 50% y HEA al 50%. Por último, el polietilacrilato (PEA) es el componente único de los andamiajes de la serie IV.

Cada serie la componen cuatro animales, dos en cuyos implantes se han incorporado condrocitos alogénicos y otros dos sin células condrales en el interior de sus soportes tridimensionales. Así pues, en el presente estudio se han intervenido un total de dieciséis animales.

Tras la intervención, los conejos son trasladados a sus respectivas jaulas en las que pueden desplazarse y reciben agua y alimento ad libitum. A los tres meses de la cirugía, los animales son sacrificados. Las muestras obtenidas son procesadas para su posterior estudio histológico. Hemos utilizado tinciones histológicas de rutina, técnicas de histoquimia y técnicas de inmunohistoquimia para la detección de colágeno tipo II, osteocalcina y Ki-67.

Todos los implantes han sido estables en el interior del defecto inducido sin la necesidad de utilizar técnicas de contención del mismo.

Los andamiajes compuestos por el biomaterial más hidrófobo (PEA) han quedado en la superficie del complejo osteocondral sin signos de deformabilidad. Sin embargo, los soportes con los biomateriales más hidrófilos (HEA al 50%) utilizados en la serie III, aparecen en profundidad respecto a la superficie de la articulación y con una forma cóncava.

El crecimiento celular en el interior de los andamiajes ha sido satisfactorio tanto en los que hemos introducido previamente células condrales como en los que no lo hemos hecho.

Aunque en todas las series el complejo osteocondral ha quedado restituido, la mejor respuesta tisular se ha obtenido en la serie II con incorporación previa de condrocitos alogénicos en sus implantes y en la serie IV sin presiembra previa de células condrales en los mismos.

Many of the surgical techniques employed nowadays in the treatment of cartilage articular lesions allow fibrocartilaginous tissue to be obtained.

In the current study, we used twelve-week old New Zealand rabbits. Following the legal protocols established for experimental surgery, a lesion on the surface of the osteochondral complex of the animal’s knee was created using a cutaneous biopsy instrument of 3 mm in diameter. The induced defect was then filled with an implant of different compositions for each specific series.

Four different series of surgery were distinguished according to the biomaterials used for the synthesis of each implanted scaffold. In series I, the supports were composed of 90% ethyl acrylate (EA) and 10% methacrylic acid (MAAc). Series II employed scaffolds composed of 90% EA and 10% hydroxyl acrylate (HEA). The chemical composition of series III implants was 50% EA and 50% HEA. Finally, series IV implants were solely composed of polyethyl acrylate (PEA).

Each series included four animals, two of which had implants containing allogeneic chondrocytes and the remaining two containing no chondral cells inside the three-dimensional structure. Thus, a total of sixteen rabbits were used for this study.

Three months after surgery, the animals were put down. The gathered samples were processed for the subsequent histological study. We used routine histological staining, histochemistry and immunohistochemistry techniques in order to detect type-II collagen, osteocalcin and Ki-67.

All the implants remained stable inside the induced defect, and did not require the use of contention techniques. The scaffolds made up of the most hydrophobic biomaterial (PEA) remained on the surface of the osteochondral complex and showed no signs of deformability. On the opposite, the structures containing more hydrophilic biomaterials (50% HEA), such as those used in series III, appeared in depth with regard to the articulation surface, and concave shaped.

Although the osteochondral complex was regenerated in all of the series, the best tissular response was obtained in series II with allogeneic chondrocytes implants, and in series IV with no chondral cells.