Ingenieros crecen cartílago humano funcional en el laboratorio

Investigadores de la Universidad de Columbia anunciaron que han logrado crecer con éxito cartílago humano completamente funcional in vitro a partir de células madre humanas derivadas de tejido de la médula ósea. Su estudio, que demuestra las nuevas maneras de imitar mejor la enorme complejidad del desarrollo de los tejidos, la regeneración, y de la enfermedad, fue publicado en la revista PNAS.

Según los autores fueron capaces por primera vez de generar cartílago humano completamente funcional a partir de las células madre mesenquimales al imitar in vitro el proceso de desarrollo de la condensación mesenquimal. Esto podría tener un impacto clínico, ya que este cartílago se puede utilizar para reparar un defecto de cartílago, o en combinación con hueso en un injerto compuesto crecido en el laboratorio para la reconstrucción de tejidos más complejos.

Muchos grupos han descrito cartílago simples compuestos de un solo tipo de células, sin  vasos sanguíneos o los nervios, un tejido construido para soportar cargas al tiempo que protege los extremos óseos en las articulaciones. Si bien ha habido un gran éxito en dichas piezas de ingeniería de cartílago utilizando células animales jóvenes, nadie, hasta ahora, había sido capaz de reproducir estos resultados utilizando células madre adultas humanas de médula ósea o de la grasa, la fuente de células madre más práctica. El equipo de Vunjak-Novakovic tuvo éxito en el crecimiento de cartílago con la arquitectura y la fuerza fisiológica, cambiando radicalmente el enfoque de la ingeniería de tejidos.

El enfoque general para la ingeniería de tejidos de cartílago ha sido colocar las células en un hidrogel y el cultivo en la presencia de nutrientes y factores de crecimiento y en ocasiones también de carga mecánica. Pero el uso de esta técnica con células madre humanas adultas ha producido invariablemente cartílago mecánicamente débil. Así los autores que han tenido un interés de larga data en la ingeniería de tejidos óseos, se preguntaron si un método parecido al desarrollo normal del esqueleto podría conducir a una mayor calidad de los cartílagos.

Los autores se acercaron con un nuevo enfoque: la inducción de las células madre mesenquimales para someterse a una etapa de condensación como lo hacen en el cuerpo antes de empezar a hacer el cartílago. Descubrieron que esta salida simple tuvo como resultado una calidad de cartílago humano que no se había visto antes.

Los científicos realizaron las mediciones que demostraron que las propiedades lubricantes y de resistencia a la compresión del nuevo cartílago se acercaron a los de cartílago nativo. Luego, los investigadores utilizaron su método para regenerar grandes piezas de cartílago de forma anatómica y mecánicamente fuerte sobre el hueso, y para reparar los defectos en el cartílago.

Según los autores su enfoque sobre la ingeniería de tejidos es biomimética en la naturaleza, lo que significa que nuestros diseños de ingeniería se definen por los principios biológicos .Este enfoque ha sido eficaz de mejorar la calidad de muchos tejidos de ingeniería, desde el hueso hasta el corazón Aún así, nos quedamos muy sorprendidos al ver que nuestra cartílago, que se cultiva al imitar algunos aspectos del desarrollo biológico, era tan fuerte como el normal del ser humano.

El equipo planea junto a probar si el tejido de cartílago obtenido por ingeniería mantiene su estructura y función a largo plazo cuando se implantan en un defecto ortopédico.

Las células madre están transformando el futuro de la medicina, lo que ofrece nuevas formas de superar algunas de las limitaciones fundamentales del cuerpo humano. Los bioingenieros trabajando con científicos de células madre y los médicos podrán desarrollar tecnologías que harán posible este sueño.

Referencias

S. Bhumiratana, R. E. Eton, S. R. Oungoulian, L. Q. Wan, G. A. Ateshian, G. Vunjak-Novakovic. Large, stratified, and mechanically functional human cartilage grown in vitro by mesenchymal condensation. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2014; DOI: 10.1073/pnas.1324050111