Para sustituir y/o regenerar los cartílagos de los meniscos de las rodillas, sistemas de amortiguación que se dañan por sobrepeso, ejercicio excesivo y enfermedades como la artritis, un grupo de investigadores del Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada (CFATA) de la UNAM, desarrolla biofibras de polímeros para crear implantes.

Los tejidos, que se producen en laboratorio a escala nanométrica, están formados por una mezcla de cuatro polímeros —poliácido láctico, polilcaprolactona, colágeno y poliuretano— y son biocompatibles con el organismo humano, explicó Miriam Estévez González, investigadora del CFATA y titular del proyecto que se desarrolla en el campus Juriquilla de esta casa de estudios.

Los cartílagos están en muchas articulaciones para protegerlas del contacto y fricción con los huesos. Dentro de las rodillas se ubican los meniscos, trozos de cartílago fibroso que amortiguan y lubrican las articulaciones, además de limitar su capacidad para flexionarse o extenderse.

Si alguien se daña los meniscos en la parte más interna, donde no existe vascularización, lo más probable es que requiera una cirugía llamada meniscectomía total o parcial. Sin embargo, las consecuencias de ésta ahora son conocidas y se ha demostrado que, 21 años después de llevarla a cabo, el riesgo de artrosis de rodilla aumenta de manera significativa. Es para estos pacientes que las nuevas técnicas de trasplante o regeneración meniscal presentan una posible solución.

“En nuestro país no se realizan trasplantes, sólo se recurre a la meniscectomía parcial o total, es por ello que proponemos crear una plataforma polimérica con la morfología similar a la que presentan los meniscos, para que sirva no sólo de sustituto de cartílago, sino para ayudar a regenerarlo”.

Electrotejido y meniscos de molde

Con forma de media luna o cuña, los meniscos son porosos en las orillas o partes más externas, donde tienen vascularización y buena irrigación sanguínea, no así en la parte interna.

‘‘Para lograr esa morfología compleja, cerrada al interior y abierta en las orillas, que sea biocompatible y tenga la resistencia mecánica necesaria para usarse como implante o plataforama para regenerar el tejido, empleamos la técnica de electrospinning o electrotejido’’, indicó Estévez González.

En el Departamento de Ingeniería Molecular de Materiales del CFATA, la investigadora y su grupo, conformado por estudiantes de licenciatura y posgrado, hacen la síntesis polimérica y las nanofibras dentro de un equipo de electrotejido.

Los cuatro polímeros en solución son colocados en un capilar a través del cual se expulsan a una velocidad controlada. Además, se debe tener una fuente de alto voltaje que posee dos electrodos que deben conectarse, uno, a la salida de la solución polimérica y, otro, al plato colector (molde con la forma de un menisco para obtener desde un inicio la forma deseada) donde se depositarán las fibras.

En el proceso se varía el voltaje, la distancia de la jeringa a la placa, la concentración de los polímeros y la temperatura, pues todo eso afecta el tamaño y la morfología del producto final, detalló.

Actualmente, ya se ha caracterizado el material obtenido por microscopía electrónica de barrido para observar la morfología. “Tenemos pruebas mecánicas de tensión y compresión y hacemos estudios de citotoxicidad y biocompatibilidad en ratas”.

El proyecto está financiado por el Consejo de Ciencia y Tecnología del estado de Querétaro (CONCYTEQ) y el CFATA, dentro de la convocatoria 2013 de apoyo a los investigadores de este último.

Modelo mecatrónico de rodilla

El siguiente paso del proceso implica someter los meniscos artificiales a todas las pruebas, ejercicios y esfuerzos que realiza una rodilla real.

Para lograrlo, Domingo Rangel Miranda, técnico académico responsable del Laboratorio de Instrumentación del CFATA, desarrolla con sus alumnos un modelo mecatrónico, en el que representa todos sus movimientos.

Los científicos miden y evalúan los esfuerzos que debe resistir el menisco artificial para saber si es factible usarlo como implante en pacientes humanos.

‘‘Para hacer viables los implantes en la articulación, estos biomateriales están caracterizados con estudios de físico-química y mecánica. Pretendemos mejorar la parte biomecánica, para que cada uno se ajuste a las necesidades del paciente y pueda tener las características biomecánicas personalizadas’’, abundó el universitario.

El material obtenido a partir de las biofibras es flexible, adaptable y resistente a la carga que recibe, algo fundamental para un paciente. ‘‘En el prototipo buscamos que el biomaterial pueda soportar todas las pruebas. En dos años podríamos tener algunos resultados más establecidos e iniciar ensayos en personas’’, adelantó.

A futuro, los investigadores del CFATA podrán patentar el prototipo mecatrónico de rodilla, un equipo totalmente automatizado, con movimientos inteligentes que simulan la flexión de la rodilla, la actividad al correr e, incluso, un tropezón.

‘‘Puede servir para la enseñanza (pues reproduce todas las funciones biomecánicas de la rodilla) y podría interesar a sectores académicos’’, finalizó Rangel.

Créditos: UNAM-DGCS-125-2014