Resumen
La lesión del cartílago
articular es una enfermedad frecuente en todo el mundo, y se necesita
urgentemente un tratamiento eficaz. Debido a la falta de vasos
sanguíneos y nervios, la capacidad del cartílago para autorrepararse es
limitada. A pesar de la disponibilidad de diversos tratamientos
clínicos, los pronósticos y las complicaciones desfavorables siguen
siendo frecuentes. Sin embargo, la llegada de la ingeniería de tejidos y
la medicina regenerativa ha generado un interés considerable en el uso
de biomateriales para la reparación del cartílago articular. No
obstante, sigue habiendo una notable escasez de revisiones exhaustivas
que proporcionen una exploración en profundidad de las diversas
estrategias y aplicaciones. En este artículo, presentamos una
descripción general de los principales biomateriales y sustancias
bioactivas desde la perspectiva de la ingeniería de tejidos para reparar
el cartílago articular. Las estrategias incluyen la regeneración, la
sustitución y la inmunización. Delineamos exhaustivamente la influencia
de los andamios de soporte mecánico en el comportamiento celular,
arrojando luz sobre las tecnologías de andamios emergentes, incluidos
los andamios inteligentes sensibles a estímulos, los andamios impresos
en 3D y los andamios biónicos de cartílago. Se explican las sustancias
biológicamente activas, incluidos los factores bioactivos, las células
madre, las vesículas extracelulares (VE) y los organoides del cartílago,
por su papel en la regulación de la actividad de los condrocitos.
Además, también se presentan explícitamente los andamios bioactivos
compuestos producidos industrialmente para su uso clínico. Esta revisión
ofrece soluciones innovadoras para el tratamiento de dolencias del
cartílago articular y enfatiza el potencial de los biomateriales para la
reparación del cartílago articular en la traducción clínica.
Introducción
En los últimos años, las
lesiones del cartílago articular se han convertido en un problema de
salud mundial de gran prevalencia y plantean un importante desafío
terapéutico en ortopedia y medicina deportiva [1]. En un estudio en el
que participaron 1000 pacientes sometidos a artroscopia de rodilla, el
61 % presentó signos de patología osteocondral o del cartílago. Además,
el 19 % de los pacientes mostró defectos focales osteocondrales o del
cartílago [2]. El cartílago articular es un tejido conectivo liso,
elástico y translúcido que soporta cargas y reduce la fricción articular
[3]. En los casos de lesión del cartílago, el primer daño estructural
se produce en la capa superficial del cartílago, lo que lleva a la
pérdida de proteoglicanos en la matriz extracelular (ECM) y a la
interrupción de la red de fibras de colágeno [4]. Posteriormente, los
condrocitos se degeneran y se pierden, lo que da como resultado un daño
localizado menor que puede extenderse a las capas media y profunda del
cartílago [5]. El tejido cartilaginoso tiene pocas células, no tiene
vasos sanguíneos, linfa ni nervios, lo que restringe la capacidad de
reparación después de una lesión [6]. Además, un tratamiento deficiente
de las lesiones del cartílago puede causar artritis degenerativa,
lesiones de menisco, hiperplasia ósea y otras enfermedades articulares
[7,8].
Existen varias técnicas
clínicas disponibles para tratar las lesiones del cartílago, incluidas
la tecnología de microfractura, la tecnología de trasplante osteocondral
[9,10], la tecnología de trasplante de condrocitos autólogos y la
tecnología de condrogénesis inducida por matriz [11]. Sin embargo, estas
técnicas tienen limitaciones significativas, como el desafío de reparar
grandes áreas de lesión, la respuesta inmunitaria del paciente y la
disponibilidad limitada de tejido del donante [12]. En las técnicas
artroscópicas, las células progenitoras se reclutan del torrente
sanguíneo y la médula ósea en los huecos creados por la microperforación
o la microfractura [13]. Si bien este enfoque promueve la regeneración
del cartílago al inducir la diferenciación de estas células en fenotipos
condrógenos, da como resultado un cartílago mecánicamente débil que a
menudo degenera en osteoartritis severa más adelante [14]. El trasplante
de tejidos blandos como pericondrio y periostio a defectos de cartílago
articular de espesor completo puede provocar calcificación del injerto,
adhesión inadecuada a los defectos y altas tasas de pérdida del injerto
[15,16]. Se emplean varios enfoques no quirúrgicos para controlar la
progresión de la enfermedad, como medicamentos antiinflamatorios no
esteroideos orales, inyecciones intraarticulares de ácido hialurónico e
inyecciones de plasma rico en plaquetas. Aunque los resultados clínicos
demuestran cierta eficacia en el alivio temprano del dolor y la
nutrición del cartílago, las características inherentes del cartílago
limitan la efectividad de los tratamientos conservadores [17].
Actualmente, la restauración del cartílago dañado y la desaceleración de
la degeneración del cartílago articular siguen siendo desafíos
importantes en el ámbito clínico. Por lo tanto, es imperativo
desarrollar biomateriales que promuevan eficazmente la regeneración y
reparación fisiológica del cartílago para superar las limitaciones de
las técnicas clínicas actuales.
La aparición de la medicina
regenerativa y la ingeniería de tejidos ha generado más oportunidades
para la reparación del cartílago. Dadas las propiedades mecánicas, la
forma específica y la actividad biológica del cartílago, las estrategias
de reparación se pueden adaptar para adaptarse a diferentes propiedades
[18]. Los investigadores han logrado avances significativos en el
desarrollo de biomateriales que abordan los desafíos clínicos y técnicos
[[19], [20], [21]]. Esta revisión proporciona una descripción general
completa de las últimas estrategias para la reparación del cartílago,
categorizadas en tres tipos: regeneración, sustitución e inmunización.
El andamio inteligente que responde a los estímulos puede detectar y
tratar con precisión el daño del cartílago al responder específicamente a
las señales físicas. Los andamios emergentes brindan un soporte
mecánico y una tenacidad adecuados para los condrocitos y el intersticio
celular, como los andamios biónicos de cartílago e impresos en 3D. Las
sustancias biológicamente activas pueden reparar con precisión la
función del cartílago, principalmente promoviendo la proliferación y
diferenciación de los condrocitos mediante factores bioactivos, células
madre, EV y organoides. Además, se producen varios productos comerciales
para tratar las lesiones del cartílago (Fig. 1). Esta revisión ofrece
información sobre los mecanismos de reparación de las lesiones del
cartílago y su posible importancia clínica.
Conclusión y perspectivas futuras
El cartílago es un tejido
conectivo avascular y aneural con una capacidad regenerativa limitada,
que requiere una intervención externa para promover la reparación
después de una lesión. Dados los desafíos asociados con la reparación de
lesiones del cartílago, esta revisión resume varias estrategias basadas
en biomateriales para la reparación del cartílago. Un avance notable en
este ámbito es el desarrollo de andamios inteligentes sensibles a
estímulos, capaces de detectar y abordar con precisión el daño del
cartílago a través de respuestas dirigidas a señales físicas. Estos
andamios emergentes, ejemplificados por andamios biónicos de cartílago e
impresos en 3D, brindan un soporte mecánico sólido para los condrocitos
y la matriz extracelular. Los agentes biológicamente activos desempeñan
un papel fundamental en la reparación del cartílago, principalmente al
promover la proliferación y diferenciación de los condrocitos mediante
el uso de factores bioactivos, células madre, EV y organoides. Además,
se han introducido varios productos comerciales para abordar las
lesiones del cartílago. Esta revisión profundiza en los mecanismos que
sustentan la reparación de las lesiones del cartílago y destaca sus
posibles implicaciones clínicas.
A pesar de los desafíos en
la traducción clínica y la aplicación práctica, el campo de los
materiales de reparación del cartílago es muy prometedor para
proporcionar soluciones innovadoras al tratamiento de las lesiones del
cartílago. Sin embargo, aún deben abordarse varias cuestiones críticas
para mejorar la eficacia y la viabilidad de estos materiales.
(1)La excelente
biocompatibilidad reduce las reacciones de rechazo y reduce el daño
tisular. Sin embargo, algunos materiales aún tienen problemas de
biocompatibilidad deficiente, lo que conduce a inflamación después de la
implantación. Los materiales de reparación del cartílago también deben
unirse de manera rápida y eficaz con los tejidos circundantes para
promover el proceso de reparación. Por lo tanto, mejorar la
biocompatibilidad de los materiales de reparación del cartílago y
optimizar sus capacidades de unión con los tejidos circundantes siguen
siendo objetivos esenciales en este campo.
(2)Si bien muchos
experimentos con animales y ensayos humanos preliminares han demostrado
el potencial de las células madre en el tratamiento de las lesiones del
cartílago, es necesario realizar más investigaciones para optimizar por
completo este enfoque terapéutico. En concreto, la fuente óptima de
células madre, la duración ideal del tratamiento y la modalidad óptima
de trasplante requieren más investigación. Además, los efectos a largo
plazo y los riesgos potenciales del tratamiento con células madre para
las lesiones del cartílago también requieren investigación adicional.
Por lo tanto, los estudios futuros deben abordar estas cuestiones
críticas para maximizar el potencial de la terapia con células madre
para tratar las lesiones del cartílago.
(3)El uso de EV para la
biorremediación del cartílago muestra ser prometedor, pero los
protocolos específicos para su utilización requieren una mayor
exploración y optimización. Las áreas críticas de investigación incluyen
el acceso a las EV, la selección de portadores y biomateriales
apropiados y el control de la liberación de vesículas y la
administración dirigida. Por lo tanto, los estudios futuros deben
abordar estos desafíos para optimizar el potencial terapéutico de las EV
para la biorremediación del cartílago.
(4)Los organoides
cartilaginosos como un modelo de tejido compuesto de biomateriales y
células. Muchas áreas merecen estudio, incluido el modelado de
enfermedades, el descubrimiento de fármacos y la medicina regenerativa.
Los estudios futuros deben abordar estas áreas críticas, incluido el
desarrollo de fuentes celulares y condiciones de cultivo óptimas, y la
mejora de la caracterización funcional y fenotípica de los organoides.
(5) Mejorar la maquinabilidad de los materiales y reducir su costo es
crucial para que los materiales de reparación de cartílago sean más
prácticos para aplicaciones industriales y clínicas. Una alta
maquinabilidad permitiría procesos de fabricación más eficientes y, al
mismo tiempo, reduciría el costo de estos materiales, haciéndolos más
accesibles para una mayor población de pacientes. Estas son áreas de
enfoque esenciales para los investigadores y desarrolladores que
trabajan en materiales de reparación de cartílago.
