Generación de sustituto biomimético de cartílago artificial con matriz extracelular de fibrina-agarosa y condrocitos humanos para su utilización en ingeniería tisular maxilofacial

Resumen

Resumen El cartílago es un tipo de tejido conectivo especializado, que se caracteriza por estar constituido por condrocitos y una matriz extracelular (MEC) altamente especializada, cuya composición rica en fibras colágenas, fibras elásticas, glicosaminoglicanos, proteoglicanos y glicoproteínas, le confieren sus propiedades biomecánicas y su elevada hidratación [1]. Histológicamente, existen tres tipos de cartílago en la especie humana, los cuales se diferencian composición de la MEC. Estas variedades son el cartílago hialino (CH), el cartílago elástico (CE) y el cartílago fibroso (CF) [2]. El CH se caracteriza por la presencia de colágeno tipo II y un predominio de proteoglicanos. Se encuentra en las articulaciones sinoviales, en el cartílago de crecimiento de los huesos largos, y en la porción conductora de la vía aérea. En la vía aérea, el CH está rodeado por un tejido conectivo vascularizado denominado pericondrio. El CE se caracteriza por la presencia de fibras elásticas en la MEC, las cuales confieren su alta elasticidad y resistencia a las fuerzas de tracción. Este tipo de cartílago está completamente rodeado de pericondrio, y constituye el esqueleto de algunas vísceras. El CE es especialmente importante en el pabellón auricular y conducto auditivo externo. El CF posee un predominio de fibras colágenas del tipo I, las cuales confieren una alta resistencia a las fuerzas de tracción y compresión. El CF carece de pericondrio y se encuentra en los discos intervertebrales, sínfisis púbica y en la articulación temporomandibular [3]. En el área maxilofacial, tema de especial interés en esta Tesis Doctoral, se localizan los tres tipos de tejido cartilaginoso, el cartílago hialino en el septum nasal, el cartílago elástico en el conducto auditivo externo y pabellón auricular y el fibrocartílago en el disco de la articulación temporomandibular. El tejido cartilaginoso en sus distintas variedades, se ve afectado por múltiples patologías neoplásicas, congénitas, osteodegenerativas, autoinmunes, traumatismos y diversos síndromes. En el caso del cartílago elástico, tipo de cartílago estudiado en la presente Tesis Doctoral, la patología más frecuente que lo afecta es la microtia, una patología congénita que afecta al pabellón auricular [4]. Actualmente, existen diversas alternativas terapéuticas para el tratamiento de este tipo de lesiones [5, 6]. Sin embargo, los resultados no son del todo satisfactorios ni duraderos en el tiempo, requiriendo en ocasiones múltiples intervenciones quirúrgicas con su amplia gama de complicaciones, y la generación de un sustituto para uso clínico, continua siendo un desafio. Una posible alternativa para reparar los defectos del tejido cartilaginoso, es la generación de sustitutos en el laboratorio mediante técnicas de ingeniería tisular. En general, La ingeniería tisular comprende tres factores clave: matrices extracelulares, células y factores de crecimiento y diferenciación. En lo que respecta a las matrices extracelulares, estas deben fomentar la adhesión y proliferación celular y la producción de matriz extracelular en el tejido construido. Respecto a las células, las más adecuadas para la ingeniería tisular del cartílago son los propios condrocitos, y es de esperar que el cultivo tridimensional de éstos en matrices extracelulares pueda mejorar la función y el comportamiento fenotípico de éstos. En este sentido, en la presente Tesis Doctoral se utilizaron condrocitos humanos derivados de cartílago elástico y una matriz extracelular de fibrina-agarosa para generar un sustituto de cartílago elástico. Como resultado final de los estudios histológicos se comprobó que los condrocitos fueron capaces de proliferar, formar grupos, y expresar S100 y Vimentina, marcadores de tejido cartilaginoso. Además, los análisis histoquímicos e inmunohistoquímicos, demostraron que los condrocitos sintetizaron componentes fibrilares de la MEC como fibras elásticas, fibras colágenas tipo I y tipo II, además de componentes no fibrilares como proteoglicanos agrecano, biglicano y versicano. Con estos resultados, podemos inferir que el biomaterial natural utilizado el hidrogel nanoestructurado compuesto por fibrina agarosa es adecuado para la encap-sulación de los condrocitos humanos derivados de cartílago elástico ya que cumple con las condiciones requeridas para ser utilizado en la ingeniería tisular de cartílago como la alta biocompatibilidad y biodegradabilidad. Además, permitió a los condrocitos cumplir sus funciones celulares como adhesión, proliferación, migración, diferenciación y la síntesis de las moléculas que componen la MEC [7]. Estos resultados, ponen en relieve la posibilidad de generar un sustituto de cartílago elástico, sin embargo, es necesaria la realización de más estudios y su caracterización biomecánica y estudios in vivo para determinar su potencial aplicación quirúrgica.