Crecimiento óseo acelerado mediante bioingeniería

Ingenieros de la Universidad de California en San Diego han descubierto una manera de ayudar a acelerar el crecimiento del hueso mediante el uso de nanotubos y células madre. Este nuevo hallazgo podría conducir a una mejor y más rápida recuperación, por ejemplo, para los pacientes que se someten a cirugía ortopédica.

En los últimos años, las células madre se han convertido en un tema candente de la investigación con estudios que sugieren revolucionarias prestaciones médicas debido a su capacidad para ser convertidos en determinados tipos de células recién generadas. Durante su investigación, el grupo de bioingenieros de la UC San Diego y expertos en ciencia de los materiales, emplearon un método basado en nano-biotecnología para la colocación de las células madre mesenquimales en la parte superior de unos muy delgados nanotubos de óxido de titanio, a fin de controlar la conversión de caminos, llamado diferenciación, en osteoblastos o hueso en construcción de celdas. Las células madre mesenquimales, que son diferentes de las células madre embrionarias, se pueden extraer y suministrar directamente a un paciente de la propia médula ósea.

Los investigadores describieron sus hallazgos de laboratorio en un artículo publicado esta semana en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). “Si usted se fractura la rodilla o la pierna esquiando, por ejemplo, un cirujano ortopédico le incorporará un implante de titanio, y le dará unas muletas durante tres meses”, decía Sungho Jin, profesor de ciencia de los materiales de la Escuela de Ingeniería Jacobs. “Pero lo que se anticipa a través de nuestra investigación es que si el cirujano utiliza nanotubos de óxido de titanio con células madre, la curación del hueso puede ser acelerada y un paciente puede ser capaz de caminar en un mes en lugar de estar durante tres meses en recuperación.

“Nuestros estudios y datos indican que estas ventajas se producen por el uso de implantes de nanotubos de óxido de titanio especialmente tratados, lo que puede reducir el desprendimiento de los huesos, uno de los principales problemas ortopédicos que requieren volver a las operaciones de cirugía para implantes de cadera y de otros tipos para los pacientes”, añadía Jin. “Esta vuelta a la cirugía, es especialmente peligrosa para las personas mayores, ya que conlleva un riesgo para la salud y otros inconvenientes, como mayores costes de tratamiento”.

Este es el primer estudio de estas características utilizando células madre atribuidas a implantes de nanotubos de óxido de titanio. Jin y su equipo de investigación, que incluyen a los profesores de bioingeniería de la Escuela Jacobs, Shu Chien y Adam Engler, así como el investigador de post-doctorado Seunghan Oh, informan de los precisos cambios en el diámetro de nanotubos que puede ser controlado para inducir la diferenciación selectiva de células madre en osteoblastos (formación de hueso).

Según este avance de la investigación, los nanotubos con un diámetro mayor causa células que crecen a lo largo de su superficie, mucho más que aquellos con un diámetro más pequeño. El diámetro más grande, más rápido y más fuerte de nanotubos promueve el crecimiento óseo. “El uso de nano topografía es preferida para inducir la diferenciación como bien ha sido empleada en los últimos años por otros grupos de investigación, pero estos estudios se realizaron principalmente en las superficies de polímeros, que no son deseables en materiales de implantes ortopédicos”, decía Jin.

Es común que los médicos y cirujanos utilicen productos químicos para los implantes de células madre con el fin de controlar la diferenciación celular, una conversión en un determinado tipo de células, por ejemplo, a células neuronales, las células del corazón, y de células óseas. Sin embargo, la introducción de productos químicos en el cuerpo humano a veces puede tener efectos secundarios indeseables. “Lo que hemos logrado aquí es una manera conveniente de introducir la diferenciación guiada utilizando sólo nanoestructuras en lugar de recurrir a productos químicos”, decía Seunghan.

El siguiente paso para los ingenieros será trabajar con los cirujanos ortopédicos y otros colegas de la UC San Diego de la Escuela de Medicina para estudiar la forma de traducir este avance de investigación a la aplicación clínica, según comentaba Shu Chien, profesor de bioingeniería de la UC San Diego y director del Instituto de Ingeniería en Medicina (IEM). Chien comentaba que este esfuerzo se verá favorecido por el IEM, cuyo objetivo es reunir a científicos, ingenieros y expertos médicos para llegar a nuevos enfoques para la medicina.

“Nuestra investigación en este ámbito ha señalado un nuevo camino por el cual se puede modular la diferenciación de células madre, que es muy importante en la medicina regenerativa”, decía Chien. “Esto llevará a un verdadero enfoque interdisciplinario entre la ingeniería y la medicina para conseguir nuevos tratamientos clínicos para beneficiar a los pacientes”.

Más información: UC San Diego