Método de ingeniería de tejidos ayuda con estrategias de reparación de cartílagos

Un hidrogel flexible, biocompatible robusto y de autocuración, podría tener el potencial de convertirse en la opción de reparación-tratamiento de cartílagos, de próxima generación, para los defectos de las articulaciones humanas.

Investigadores de la Universidad de Harvard (Cambridge, MA, EUA) han desarrollado el hidrogel sintetizado usando una mezcla de poliacrilamida y alginato para crear una red compleja mucho más fuerte que los geles formados a partir de poliacrilamida o alginato solamente. El polímero híbrido es capaz de mantener su mayor resistencia y elasticidad en tramos múltiples, y es capaz de estirarse en muchas veces su longitud original, debido a la estructura química de la red, que permite que toda la estructura se separe muy ligeramente en un área grande, en lugar del craqueo del gel.

El polímero de hidrogel sintético forma redes con enlaces cruzados iónicos y covalentes y aunque contienen casi 90% de agua, los hidrogeles puede ser estirado más allá de 20 veces su longitud inicial, con energías de fractura altas. Incluso para las muestras que contienen muescas, es posible que se estire 17 veces. Los investigadores atribuyen la dureza de los geles a la sinergia de dos mecanismos: el puenteo de fisuras por la red de los enlaces cruzados covalentes y la histéresis por la descompresión de la red de enlaces cruzados iónicos. La red de enlaces cruzados covalentes conserva la memoria del estado inicial, de modo que gran parte de la gran deformación se elimina en la descarga. Los enlaces cruzados iónicos descomprimidos causan daños en el interior, que sin embargo puede sanar volviéndose a comprimir. El estudio fue publicado en la edición del 6 de septiembre de 2012, de la revista Nature.

“Estos geles pueden servir como sistemas modelo para estudiar los mecanismos de deformación y disipación de energía, y ampliar el alcance de las aplicaciones de los hidrogeles”, concluyeron el autor principal, el profesor Zhigang Suo, PhD, y sus colegas de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas. “Un hidrogel de esta capacidad de estiramiento, tenacidad y capacidad de recuperación superior es probable que se convierta en el perfecto andamio, proporcionando una gran promesa para el desarrollo de una nueva estrategia de reparación de cartílago usando la ingeniería de tejidos”.

Los hidrogeles se utilizan como andamios para la ingeniería de tejidos, vehículos para la administración de fármacos, actuadores para la óptica y los fluidos y como modelo de matrices extracelulares, para estudios biológicos. El alcance de las aplicaciones de hidrogel, sin embargo, se encuentran muy limitadas, a menudo por su comportamiento mecánico, ya que la mayoría no exhiben alta capacidad de estiramiento. Un hidrogel de alginato, por ejemplo, se rompe cuando se estira hasta aproximadamente 1,2 veces su longitud original. Algunos hidrogeles elásticos sintéticos han logrado tramos en el rango de 10-20, pero estos valores se reducen marcadamente en las muestras que contienen muescas. Además, la mayoría de los hidrogeles son frágiles.

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Harvard University