La promesa de reparar huesos y tendones con materiales artificiales
Crédito: Pixabay/CC0 Dominio público
Brittany Taylor es ingeniera biomédica y profesora asistente que estudia formas novedosas de mejorar la curación de huesos y tendones después de las lesiones. Ella está explorando los sistemas de administración de medicamentos y los reemplazos temporales de tejidos artificiales para promover la curación de los tendones y la interfaz con los huesos y los músculos. Millones de lesiones musculoesqueléticas cada año causan dolor y reducen la calidad de vida de las personas. Aquí responde preguntas sobre los beneficios de usar materiales compuestos, materiales biológicos como tejido de animales o materiales sintéticos, para mejorar los resultados de la reparación. Muchas de las técnicas aún se encuentran en etapas experimentales y se han probado en modelos animales.
Al menos medio millón de injertos óseos al año se realizan en los Estados Unidos. ¿Por qué los médicos y los pacientes necesitan una alternativa al uso de hueso real en estas cirugías?
Las complicaciones musculoesqueléticas debidas a enfermedades, lesiones traumáticas o actividades repetitivas son problemas importantes en todo el mundo. Los tratamientos actuales para reparar estas lesiones se basan en tejido recolectado o donado. Por ejemplo, los médicos toman hueso de la cresta ilíaca, la parte curva en la parte superior de la cadera, y luego lo moldean para que se ajuste al área que necesita el reemplazo óseo. Pero los sitios de donación de hueso son limitados y existe el riesgo de muerte del tejido donde se extrae el hueso.
Cuando otro paciente o un cadáver proporciona hueso para dichas reparaciones, puede transmitir enfermedades. Los detergentes fuertes y los métodos de esterilización para eliminar cualquier enfermedad también pueden afectar la fortaleza del hueso.
El uso de material compuesto supera los riesgos y problemas del hueso real.
¿Qué tipos de materiales funcionan mejor para ayudar a que los huesos lesionados se regeneren?
Los materiales compuestos que tienen una combinación de metales, cerámicas y polímeros, sustancias sintéticas parecen funcionar mejor para la regeneración ósea. Proporcionan soporte mecánico y también una matriz para el desarrollo de tejidos. Los materiales creados con biomateriales diseñados para interactuar con tejido corporal real pueden regenerar tejidos y ayudar a la curación.
El biomaterial debe ser compatible con el organismo. No debe desencadenar una respuesta inmunitaria y debe coincidir con las propiedades estructurales y mecánicas del tejido. Los biomateriales utilizados para la ingeniería de tejido óseo deben ser tan resistentes como el hueso y permitir que el tejido crezca en la estructura. Los materiales naturales como el colágeno de vacas o cerdos también se pueden integrar en el andamio óseo para promover la reparación ósea.
Estudias los tendones y su capacidad limitada para regenerarse cuando se rompen. ¿Por qué los tendones no se curan fácilmente?
Los tendones no se regeneran bien porque tienen baja celularidad, menos grupos de células que otras partes del cuerpo y menos vasos sanguíneos. Los tendones también forman tejido cicatricial a medida que sanan y, por lo tanto, tienen una funcionalidad limitada. Los tendones reparados quirúrgicamente también pueden volver a romperse fácilmente, lo que reduce la calidad de vida de una persona y provoca complicaciones prolongadas. Por lo tanto, los investigadores están trabajando en estrategias de ingeniería de tejidos para aumentar la curación.
Este breve video presenta a los no científicos el proceso de ingeniería de tejidos para la curación. Crédito: Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería de los Institutos Nacionales de Salud
¿Qué tipo de materiales de ingeniería pueden ayudar a sanar los tendones?
Los tendones son tejidos fibrosos que transmiten cargas de energía de los músculos a los huesos. Están «altamente alineados», lo que significa que se orientan en la dirección de la carga que transmiten. Cualquier biomaterial diseñado que reemplace un tendón debe imitar su fuerza mecánica y permitir que las células se adhieran y crezcan en ellos, como lo hacen los tendones reales. Por lo tanto, los biomateriales a base de polímeros son los mejores materiales para diseñar tejido tendinoso. Los ingenieros fabrican los polímeros experimentales con técnicas como el electrohilado, que utiliza un campo eléctrico para extraer una hebra de polímero de tamaño nanométrico a partir de una solución, lo que produce nanofibras.
Las nanofibras se pueden combinar con otros materiales para diseñar tendones, ya que tienen una gran relación superficie-volumen y son porosas. Las células se adhieren fácilmente a estos materiales.
Has trabajado en el desarrollo de andamios más fuertes que actúan como huesos reales en el cuerpo. ¿Qué hacen los andamios y por qué necesitan fortalecerse?
Los andamios de biomateriales para la ingeniería de tejidos son similares a los andamios utilizados en la construcción: un marco temporal que sostiene la estructura y proporciona una plataforma para que los constructores escalar y colocar los materiales en su lugar apropiado. Una vez que se completa la construcción, se retira el andamiaje y se mantiene la estructura recién construida.
El mismo proceso funciona en el cuerpo humano. Las células se adhieren al andamio, proliferan y migran por todo el andamio. A medida que las células «trepan», comienzan a depositar factores biológicos que promueven la formación de tejido.
El andamiaje se degrada con el tiempo a medida que se regenera el nuevo tejido. Se pueden agregar soportes mecánicos a los andamios para hacerlos más fuertes. Mis colegas y yo incluimos postes de cerámica hechos de hidroxiapatita, un mineral óseo natural, en el andamio óseo compuesto tridimensional para aplicaciones de carga. Los postes eran similares a las vigas añadidas a una estructura.
Como científico negro, usted ha abogado por buenos mentores para ayudar a otros científicos de color.
He tenido que superar varios problemas sociales y desafíos académicos. Como graduada universitaria negra de primera generación e ingeniera biomédica, estoy subrepresentada en todos los niveles académicos. Los obstáculos que superé y el conocimiento que obtuve a lo largo de este viaje contribuyen a la perspectiva diversa que aporto al campo como educador culturalmente competente, científico completo y mentor fuerte.
Mi visión para diversificar la investigación científica es para influir continuamente en los miembros de la próxima generación a medida que avanzan en sus estudios. Soy mentor de científicos, comparto mis experiencias de manera transparente y animo a los aprendices de todos los orígenes.
Creo firmemente que una parte importante de tener éxito en el mundo académico es la capacidad de ser mentor y ser mentor en todo el proceso académico. Estoy agradecido por los muchos mentores a lo largo de mi viaje que me abrieron las puertas a nuevas oportunidades y me brindaron acceso a los espacios necesarios para llevarme a donde estoy ahora. Y me comprometo a hacer lo mismo por los demás.
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Aprovechando la capacidad del cuerpo para sanar Proporcionado por The Conversation
Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.
Cita: La promesa de reparar huesos y tendones con materiales fabricados por humanos (5 de enero de 2022) consultado el 29 de agosto de 2022 en https://medicalxpress.com/news/2022-01- huesos-tendones-human-made-materials.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.