Doctor Eduardo Álvarez Lozano
Coordinador General, Banco de Hueso y Tejidos / Hospital Universitario.
Doctor Jorge Lara Arias
Encargado de Laboratorio de Ingeniería Tisular, Banco de Hueso y Tejidos / Hospital Universitario.
Doctor Óscar Mendoza Lemus
Jefe del Servicio de Ortopedia y Traumatología / Hospital Universitario.
Química Bacterióloga Parasitóloga
Herminia Martínez Rodríguez
Jefe del Departamento de Bioquímica
Facultad de Medicina / UANL.
INTRODUCCIÓN
La ingeniería tisular es una rama de la ciencia multidisciplinaria, cuyo principio básico es la utilización de un sustrato celular vivo, aunado a un diseño y manipulación del medio extracelular para crear bioimplantes, con el único fin de reparar, reemplazar, mantener u optimizar el funcionamiento de órganos o tejidos lesionados.
Entre los problemas médico quirúrgicos que continúan representando un dilema grave y costoso, se encuentra el deterioro funcional de un órgano o tejido. La sustitución del mismo plantea un conflicto multifactorial en el que intervienen intereses científicos, económicos y éticos, entre otros. Hoy en día, la cirugía trasplantológica forma parte de una nueva rama de la terapéutica quirúrgica: la biocirugía. Sin embargo, la alta demanda de órganos y tejidos ha hecho que la utilización de éstos con fines de trasplante se vea limitada al número de donaciones.
Debido a lo anterior, la biocirugía ha evolucionado, utilizando la investigación con el fin de encontrar respues-tas a este problema. Una de ellas ha sido la utilización de células autólogas vivas, cultivadas in vitro, con el fin de reconstruir órganos o tejidos. Además de los trasplantes y los injertos autólogos, la ingeniería tisular se ha enfocado en la regeneración de tejidos.
El término ingeniería tisular se diseñó en 1987, durante una reunión de la Fundación Nacional de Ciencias, pero muchas de las técnicas empleadas en la misma se desarro-llaron muchos años antes.
Esta área de la ciencia se ha valido, para su desarrollo, de los logros conseguidos en otras ramas de la ciencia, como la biología celular, la bioquímica, la biología mole-cular y el estudio de los biomateriales, para su posterior aplicación a la ingeniería de nuevos tejidos. El brazo de acción para la aplicación de la ingeniería tisular es la terapéutica médica y quirúrgica.
LA INGENIERÍA TISULAR EN LA REGENERACIÓN DE CARTÍLAGO
El principal factor que distingue las técnicas de inge-niería tisular de otras es la inclusión de células vivas dentro del tejido implantado. Las técnicas de ingeniería tisular actualmente usadas en la reparación de cartílago son:
Los injertos osteocondrales.
Trasplante de condrocitos, solos o en combinación con algún tipo de material biocompatible.
Asimismo, existen otras líneas de investigación relacionadas, las cuales se encuentran en diferentes etapas de aplicación como lo son:
Factores de crecimiento.
Células madre o tallo: Trasplante de una población celular capaz de diferenciarse hacia condrocitos, células pluripotenciales.
Terapia Génica: El uso de células como plataformas para la entrega de productos genéticos que aumenten la reparación, o genes modificados por ingeniería genética.
INJERTOS OSTEOCONDRALES INJERTOS EN MOSAICO (MOSAICOPLASTIA)
Esta técnica fue desarrollada y perfeccionada por Hangody, en Hungría, en los años 90. Los primeros trabajos experimentales se realizaron en 1991 y las primeras intervenciones clínicas en 1992.
Es un procedimiento único, en el cual autoinjertos osteocondrales cilíndricos son extraídos de los sitios donadores y transportados a nichos preparados en el sitio receptor. Los lugares más comúnmente usados como donantes son, en orden de preferencia, el área patelofemoral no sometida a carga, el área medial, lateral, el borde de la tróclea femoral y la periferia de la escotadura intertroclear. Los orificios cilíndricos son de una profundidad y diámetro apropiados a los injertos tomados, con lo que se restaura la curvatura original de la articulación.
Estudios experimentales han mostrado que, para obtener buenos resultados, debe ser reparado, al menos, el 70 por ciento del defecto, y a las 10 semanas, el área injertada contiene un 60-70 por ciento de cartílago hialino y un 30-40 por ciento de fibrocartílago.
CULTIVO E IMPLANTACIÓN DE CONDROCITOS AUTÓLOGOS
Debido a las limitaciones de los tejidos donadores ya mencionados, se han propuesto fuentes alternativas de material biológico para la reparación. Una de ellas es la colocación de condrocitos autólogos después de ser cultivados in vitro, una de las primeras biotecnologías aplicadas a la cirugía ortopédica. Los estudios originales de esta técnica fueron realizados en conejos con un 82 por ciento de buenos resultados.
Sin embargo, el primer reporte de aislamiento de condrocitos fue hecho por Smith en 1965. Antes de su aplicación clínica, autores como Green, 1977, reportaron la implantación en ratones atímicos de condrocitos sembrados en una matriz ósea del implante condral experimental en diversos sistemas. Inicialmente tuvo baja sobrevida celular; la experiencia fue mostrando que el grado de viabilidad celular posterior a la implantación está íntima-mente relacionado con la alta densidad celular.
Lo que podría ser conocido como la primera generación de la técnica de implantación es la indicada por Brittberg et alii, 1994; recoge cartílago de zonas expuestas a mínima carga, en la mitad superior del cóndilo femoral medial de la rodilla afectada. Después de ser digerido con colagenasa, es filtrado y resuspendido en un medio de cultivo suplementado con suero del paciente, y las células están listas para su implantación después de 14-21 días.
En el momento de la implantación, el sitio de la lesión condral es escindido, hasta observar tejido cartilaginoso de apariencia normal. El defecto es cubierto con periostio, obtenido de la cara medial de la tibia proximal, y suturado en el borde del defecto. Los condrocitos cultivados son inyectados debajo del parche. Se recomiendan movimientos activos y sin carga, 2-3 días después de la intervención.
BUENOS RESULTADOS
Se han publicado resultados muy variados según la patología. Sin embargo, en términos generales los resultados fueron buenos en un 75 por ciento de los pacientes, estableciendo una relación entre la morfología del cartílago hialino y los buenos resultados.
Se han propuesto tres teorías para explicar los mecanismos de la reparación con el trasplante de células cultivadas: 1) los condrocitos implantados repueblan el defecto y producen una nueva matriz de cartílago. El parche de periostio funciona como un cierre hermético, que aísla las células y permite que se incuben, diferencien y rellenen el defecto; 2) los factores de crecimiento son capaces de estimular los condrocitos cultivados para que se dividan; y 3) el parche de periostio estimula los condrocitos en el cartílago adyacente, en el hueso subcondral o en el periostio, para entrar en el defecto y reparar el mismo.
Esta técnica incorpora varios de los procedimientos, lavado, abrasión injerto de periostio y trasplante celular.
Algunas de las desventajas reportadas son las adhe-rencias articulares, hipertrofia del parche de periostio, la pérdida celular debida al medio acuoso en que se incluyen las células, y por lo mismo la distribución heterogénea de las células en el defecto.
Además de la inyección directa, la implantación pue-de llevarse a cabo en matrices sembradas con células, lo que podría denominarse como la segunda generación de la implantación como matrices, pues han sido usados diferentes biomateriales, desde láminas de colágeno porcino (MACI) I o III, alginato, hoidrogeles de colágeno, fibrina autóloga etcétera.
Los resultados reportados con cada una de ellas varían de autor a autor, pero en general son semejantes a los buenos resultados de la técnica original.
FACTORES DE CRECIMIENTO
La investigación en el uso de factores de crecimiento con el fin de mejorar la regeneración cartilaginosa es un tópico de interés para muchos investigadores relacionados con el tema. Actualmente son muchas las interrogantes sin contestar sobre el uso de estos potentes moduladores naturales de la conducta celular.
Los condrocitos (del griego chondros (χόνδρος), cartílago, + kytos (κύτος), célula), son células que se forman a partir de condroblasto y forman parte del tejido cartilaginoso. Se encuentran en el cartílago y producen y mantienen la matriz cartilaginosa, la cual consiste principalmente de colágeno y proteoglicanos.
Es la célula típica del tejido cartilaginoso. El hueco en el que se encuentra el condrocito se denomina laguna condrocítica. El condrocito se puede dividir y dar grupos de 5 ó 6 condrocitos en cada laguna. A los condrocitos de una misma laguna se les llama grupo isogénico.
Los condrocitos están dispuestos individualmente o en grupos. Algunos forman grupos isógenos coronarios (división celular en varios planos) y otros isógenos axiales (división celular en un solo plano).
Su linaje es de estadios menos a más diferenciados:
Unidad formadora de colonias de fibroblastos
Célula madre mesenquimática
Condrocito
Condrocito hipertrófico
Al referisrse al hueso o cartílago, las células madre mesenquimales son conocidas comúnmente como células osteocondrogénicas (o condrogénicas, osteogénicas, osteoprogenitoras, etcétera.). Una célula madre mesenquimal ha mostrado la habilidad de diferenciar en condrocitos u osteoblastos, dependiendo del medio. In vivo, la diferenciación de una célula madre mesenquimal en un área vascularizada (como el hueso) da paso a un osteoblasto, en cambio la diferenciación en un área no vascularizada (como el cartílago) da paso a un condrocito. Los condrocitos sufren una diferenciación terminal cuando se vuelven hipertróficos durante la osificación endocondral. Esta última etapa está caracterizada por cambios fenotípicos mayores en la célula.
Sin embargo, la incógnita de mayor interés, sin lugar a dudas, es qué factor de crecimiento utilizar. Son muchos los que, se ha comprobado, tienen influencia sobre la línea condral TGF-β, CTGF, IGF, EGF; todos tienen la capacidad de estimular algún aspecto de la biología condral y probablemente mejorar la calidad del tejido de reparación.
También un punto álgido en este campo es el referente a cuál es el medio a utilizar para hacer llegar los factores de crecimiento al sitio de la lesión y cuál es el tiempo de expresión y la dosis necesaria para que cumpla la función deseada, y si deben de ser usados in vitro o in vivo.
Hay mucho que investigar acerca del tema, y lo más importante es que esto se realice dentro del marco científico, sin abusar ni caer en modismos terapéuticos, en un afán de creer que por ser un tema de gran actualidad, esto pueda representar el Santo Grial de los problemas músculo-esqueléticos.
CÉLULAS MADRE
Uno de los campos de investigación más innovadores de la ingeniería tisular aplicada a la ortopedia es el desarrollo de células pluripotenciales dirigidas hacia una diferenciación condrogénica.
Descritas por primera vez por Caplan, las células madre mesenquimales son con mucho las más ampliamente utilizadas. Consisten en células pluripotenciales provenientes de otros tejidos diferentes al cartilaginoso, como el adiposo, el muscular, el periostio, etcétera.
El beneficio de su uso consiste en que en primer lugar no requieren una toma de biopsia para cultivo de un sitio, si bien no funcionalmente necesario, sí expuesto al proceso de reparación secundario a la biopsia.
Estas células, en teoría, pueden ser tomadas de un sitio más accesible menos mórbido, y con la ventaja de poder ser tomadas de una población celular donde su toma no afectará el microambiente del tejido, y además éste tiene la capacidad de reemplazarlas rápidamente.
En teoría, expuestas al microambiente articular, estas células serán capaces de diferenciarse hacia células cartilaginosas funcionales. En algunas condiciones pueden requerir estimulación con medios suplementados para llevar esto a cabo.
TERAPIA GÉNICA
Un línea de investigación complementaria con la de los factores de crecimiento es la terapia génica; es decir, el uso de plataformas celulares como medios de transporte de material genético modificado, con el fin de lograr la expresión de un factor de crecimiento o una conducta celular en particular, controlando desde esta célula la expresión genética del factor deseado y sus interrelaciones con otros propios del microambiente celular. En investigaciones experimentales se han utilizado plasmados como vehículos para introducir los genes modificados a las células, cual-quiera que sea el vehículo. Hay mucho que investigar antes que esta estrategia terapéutica forme parte del arsenal terapéutico del ortopedista.
