Las lesiones de los tendonesson bien conocidas por sus largos, difíciles y a menudo incompletos procesos de curación. Los movimientos bruscos o repetitivos, experimentados por los atletas y los trabajadores de las fábricas, por ejemplo, aumentan el riesgo de desgarros o roturas en los tendones; el treinta por ciento de todas las personas tendrá una lesión en los tendones, siendo el riesgo más alto en las mujeres. Además, quienes sufren estas lesiones son más propensos a sufrir nuevas lesiones en el lugar o a no recuperarse nunca del todo.
Un estudio realizado por investigadores del Instituto Terasaki de Innovación Biomédica, ha recurrido a una proteína de seda, la fibroína de seda (FS), producida por el gusano de seda 'Bombyx mori', como biomaterial para la reparación de tendones. Publicado en la revista científica 'Small', los investigadores aseguran que su método ha producido mejoras significativas en la regeneración de los tendones con células madre mesenquimales.
Los tendones son bandas de tejido conectivo fibroso que unen los músculos a los huesos. Son tejidos blandos conectados a huesos rígidos; esto crea una interfaz compleja con una estructura muy específica. Tras una lesión, esta estructura se ve alterada y el tejido conectivo pasa de ser lineal a estar doblado. También puede producirse un exceso de cicatrización, lo que modifica las propiedades mecánicas del tendón y su capacidad para soportar cargas.
Los tratamientos de las lesiones tendinosas se encuentran los injertos de tejido tendinoso de pacientes o donantes, pero éstos presentan riesgos como infecciones, rechazo del trasplante o necrosis
Durante los procesos naturales de curación del cuerpo, se reclutan células del tendón y otras para reconstruir la matriz original del tendón de fibras de tejido conectivo alineadas. Pero esta reconstrucción puede llevar semanas o meses y el tendón resultante suele ser imperfecto. El resultado es la debilidad, el dolor crónico y la disminución de la calidad de vida.
Entre los posibles tratamientos de las lesiones tendinosas se encuentran los injertos de tejido tendinoso de pacientes o donantes, pero éstos presentan riesgos como infecciones, rechazo del trasplante o necrosis. Se han intentado los trasplantes sintéticos, pero los problemas mecánicos, de biocompatibilidad y de biodegradación han dificultado estos esfuerzos.
Otro enfoque consiste en utilizar células madre mesenquimales (CMM), células especializadas que desempeñan un papel fundamental en la regeneración de tejidos. En el lugar de la herida, pueden diferenciarse en varios tipos de células y producir moléculas de señalización que regulan la respuesta inmunitaria, la migración celular y la formación de nuevos vasos sanguíneos; esto permite la regeneración de los tejidos.
Para mejorar la capacidad de regeneración de los tejidos del andamio, el equipo combinó la fibroína de seda con GelMA, un gel a base de gelatina que retiene el agua, debido a la biocompatibilidad, la degradación controlable, la rigidez y la capacidad de promover la adhesión y el crecimiento de las células
Sin embargo, los métodos de tratamiento que utilizan la infusión sistémica, la inyección directa o la modificación genética de las CMM presentan sus propias dificultades: la infusión carece de especificidad para dirigirse al lugar de la lesión, la inyección directa requiere un número de células prohibitivo y la modificación genética es ineficiente y produce células difíciles de aislar.
Otro enfoque ha sido la construcción de marcos biomateriales, o andamios, en los que introducir CMM y factores de crecimiento para generar nuevo tejido tendinoso. Ahora, este equipo de investigadores ha utilizado este enfoque para desarrollar un método que ha aportado mejoras significativas en la regeneración de tendones con CMM.
El equipo recurrió primero a la fibroína de seda, una proteína de seda producida por el gusano de seda 'Bombyx mori'. Además de su uso en hermosos tejidos de seda, la fibroína de seda se utiliza en dispositivos ópticos y eléctricos, y en varias aplicaciones biomédicas, desde materiales de sutura a ligamentos de bioingeniería, hueso e incluso tejido corneal. Debido a su mayor resistencia, durabilidad, biocompatibilidad y cualidades de biodegradación, la fibroína de seda es ideal para su uso en andamios para tendones.
"Los efectos sinérgicos de la capacidad de GelMA para favorecer la formación de tejido regenerativo y las ventajas estructurales de la fibroína de seda hacen que nuestro material compuesto sea muy adecuado para la reparación de tendones"
Para mejorar la capacidad de regeneración de los tejidos del andamio, el equipo combinó la fibroína de seda con GelMA, un gel a base de gelatina que retiene el agua, debido a la biocompatibilidad, la degradación controlable, la rigidez y la capacidad de promover la adhesión y el crecimiento de las células.
"Los efectos sinérgicos de la capacidad de GelMA para favorecer la formación de tejido regenerativo y las ventajas estructurales de la fibroína de seda hacen que nuestro material compuesto sea muy adecuado para la reparación de tendones", explica el doctor HanJun Kim, uno de los líderes del proyecto. Prepararon mezclas con distintas proporciones de fibroína de seda y GelMA (SG) y las fabricaron en finas láminas de nanofibras. A continuación, probaron la estructura de las fibras y su elasticidad y eligieron una formulación óptima con las mejores propiedades mecánicas. También observaron que la fibroína de seda confería una mayor porosidad al material, lo que mejoraba la reparación del tendón.
Las láminas de SG optimizadas se sembraron con CMM y se sometieron a varias pruebas para medir la compatibilidad y diferenciación de las CMM, la producción de factores de crecimiento y la actividad genética que desencadena la formación de la matriz. Las CMM sobre las láminas de SG mostraron un aumento de la viabilidad y la proliferación celular con respecto a las de las láminas de fibroína de seda sin GelMA (SF). El análisis genético demostró que la actividad genética relevante en las CMM de SG estaba significativamente aumentada, en contraste con las de las láminas de SF, que estaba disminuida.
Las pruebas de tinción revelaron que las CMM de las láminas de SG mostraban una tasa de adhesión superior al 80%
Las pruebas de tinción revelaron que las CMM de las láminas de SG mostraban una tasa de adhesión superior al 80 por ciento y tenían una forma alargada característica de las células adheridas a una superficie, frente a una tasa de adhesión del 60 por ciento, con células de forma esférica observadas en las superficies de SF y GelMA únicamente. Otras pruebas con un factor de crecimiento secretado por las CMM sembradas en láminas de nanofibras demostraron que los factores de crecimiento producidos por las CMM en las láminas de SG eran los más capaces de reparar el tejido tendinoso lesionado cultivado en una placa de cultivo.
También se realizaron experimentos en ratas vivas con tendones de Aquiles lesionados. Las láminas de nanofibras sembradas con CMM se implantaron en el lugar de la lesión y las láminas de SG promovieron la curación más acelerada, con una reducción de los lugares de la lesión y la formación de fibras tendinosas bien alineadas y densamente empaquetadas y componentes musculares remodelados. "La remodelación de los tejidos para la reparación de los tendones es especialmente difícil de conseguir. El trabajo realizado aquí avanza significativamente ese logro", remacha el doctor Ali Khademhosseini, otro de los responsables del estudio.