Desarrollan método para acelerar crecimiento de los huesos

Los ingenieros han diseñado una forma para ayudar a acelerar el crecimiento del hueso mediante el uso de nanotubos y células madre. Este nuevo desarrollo  podría llevar a una recuperación más rápida y mejor, por ejemplo, para los pacientes de cirugía ortopédica.

En años recientes, las células madre se han vuelto un tema candente de investigación y los estudios sugieren beneficios médicos completamente novedosos debido a su capacidad de ser convertidos en tipos seleccionados de células recién generadas. Durante su investigación, el grupo de bioingenieros y especialistas en ciencias de materiales de la Universidad de California (UC) en San Diego (EUA) usaron un método de nano-biotecnología para colocar células madre mesenquimatosas sobre nanotubos muy delgados de óxido de titanio, con el fin de controlar las vías de conversión, llamadas diferenciación, en osteoblastos o células constructoras de hueso. Las células madre mesenquimatosas, que se diferencian de las células madre embrionarias, pueden ser extraídas y suministradas directamente de la medula ósea propia del paciente.

Los investigadores describieron sus hallazgos de laboratorio en un artículo publicado en la edición de Febrero 2009 de la revista Proceedings of the [U.S.] National Academy of Sciences (PNAS). Si se quiebra una rodilla o pierna al esquiar, por ejemplo, un cirujano ortopédico la implantará una varilla de titanio, y tendrá que caminar en muletas alrededor de tres meses”, dijo el Dr. Sungho Jin, coautor del artículo en PNAS, y un profesor de ciencias de materiales en la Escuela de Ingeniería Jacobs. "Pero lo que anticipamos, a través de esta investigación, es que si el cirujano usa nanotubos de óxido de titanio con células madre, la curación del hueso se aceleraría y un paciente podría caminar en un mes, en lugar de usar muletas por tres meses”.

"Nuestro datos in vitro e in vivo indican que estas ventajas pueden suceder usando los implantes de nanotubos tratados con óxido de titanio, los cuales pueden reducir el aflojamiento de los huesos, uno de los problemas ortopédicos principales que requieren intervenciones quirúrgicas en la cadera y otros implantes para los pacientes”, añadió el Dr. Jin. "Una recirugía tan grande como esa, especialmente para las personas mayores, es un riesgo de salud y de inconveniencia significativa, y también es poco deseable desde el punto de vista de los costos”.

Este es el primer estudio de su estilo que usa células madre unidas a implantes de nanotubos de óxido de titanio. El Dr. Jin y su equipo de investigación--que incluye a los profesores de bioingeniería de la Escuela Jacobs, los Drs. Shu Chien y Adam Engler, y el investigador de postdoctorado, Seunghan Oh y otros estudiante de postgrado e investigadores--reportan que el cambio preciso en el diámetro de los nanotubos puede ser controlado para inducir la diferenciación selectiva de las células madre en osteoblastos (células formadoras de hueso).

De acuerdo con este estudio asombroso, los nanotubos con diámetro más grande hacen que las células que crecen en su superficie se alarguen mucho más que aquellas con diámetro más pequeño. El nanotubo con diámetro más grande promueve el crecimiento más rápido y más fuerte. "El uso de la nanotopografía para inducir la diferenciación preferida fue reportada en años recientes por otros grupos, pero esos estudios se hicieron principalmente en superficies de polímeros, las cuales no son materiales deseables para implantes ortopédicos”, dijo el Dr. Jin.

Es común que los médicos y cirujanos usen sustancias químicas para los implantes de células madre con el fin de controlar la diferenciación celular, una conversión en un tipo específico de células, por ejemplo, células neurales, células cardiacas y células óseas. Sin embargo, la introducción de sustancias químicas en el cuerpo humano a veces puede tener efectos indeseables. "Lo que hemos logrado aquí es una forma de introducir la diferenciación guiada, deseable, usando solamente nanoestructuras en lugar de usar sustancias químicas”, dijo el Dr. Seunghan Oh, quien es el autor principal del artículo en PNAS.

El siguiente paso para los ingenieros será trabajar con cirujanos ortopedistas y otros colegas en la Escuela de Medicina de la UC San Diego, para evaluar formas de traducir esta investigación completamente novedosa en aplicaciones clínicas, según el Dr. Shu Chien, un profesor de bioingenería en la UC San Diego y director del nuevo Instituto de Ingeniería en Medicina (IEM) de la universidad. Según el Dr. Chien, este esfuerzo reunirá a científicos, ingenieros y expertos médicos para lograr métodos novedosos en medicina.

"Nuestra investigación en esta área ha apuntado a una forma novedosa por la cual podemos modular la diferenciación de células madre, lo cual es muy importante en la medicina regenerativa”, dijo el Dr. Chien. "Esto conducirá realmente a un método verdaderamente interdisciplinario entre la ingeniería y la medicina para obtener tratamientos novedosos en la clínica y beneficiar a los pacientes”.

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University of California, San Diego