Recubrimiento sensible a fotocorriente reduce el tiempo de integración del hueso al implante

Cuando se introduce un implante en el cuerpo, se desencadena una respuesta inmunitaria compleja conocida como reacción a cuerpo extraño (FBR, por sus siglas en inglés). Este proceso implica varios eventos celulares y moleculares que influyen en la integración del implante con el hueso circundante. Los macrófagos se encuentran entre las primeras células inmunitarias que responden al implante y desempeñan un papel clave en la FBR al activar una respuesta inflamatoria aguda. Esta reacción implica la liberación de citocinas proinflamatorias, como el factor de necrosis tumoral alfa (TNF-α), que ayuda a reclutar células madre mesenquimales (MSC, por sus siglas en inglés) para comenzar el proceso de regeneración ósea.

La respuesta inflamatoria comienza inmediatamente después de la implantación y alcanza su punto máximo en los primeros días. Sin embargo, si la autorregulación del sistema inmunitario se ve afectada debido a una afección patológica local, la inflamación puede no disminuir con el tiempo, lo que podría llevar a una inflamación crónica. Esta inflamación prolongada puede provocar varias complicaciones, incluida la formación de cápsulas fibrosas, resorción ósea, degradación del implante o retrasos en la integración, todo lo cual puede contribuir al fracaso del implante. De hecho, más del 10 % de los fracasos de los implantes están relacionados con el aflojamiento. Por lo tanto, es crucial restablecer el equilibrio entre el hueso y el implante después de la fase de inflamación inicial para prevenir complicaciones a largo plazo y garantizar una integración exitosa.

Para abordar este desafío, un equipo de investigadores de la Facultad de Medicina LKS de la Universidad de Hong Kong (HKUMed, Hong Kong, China) ha desarrollado una innovadora superficie de implante sensible a la fotocorriente diseñada para acelerar la integración hueso-implante después de una cirugía ortopédica. Se ha demostrado que este avanzado recubrimiento de superficie reduce el tiempo de integración a solo dos semanas, lo que mejora significativamente la recuperación posoperatoria y reduce el riesgo de rechazo.

El equipo está explorando actualmente la aplicación de esta tecnología en cirugías de reemplazo de articulaciones artificiales, como reemplazos de rodilla. Las alteraciones del microambiente osteoinmune durante la fase posterior a la implantación pueden provocar el aflojamiento del implante, tiempos de recuperación prolongados y mayores complicaciones, lo que en última instancia puede resultar en el fracaso del implante.

Para evitar estos problemas, el equipo de HKUMed creó una superficie de implante que responde a la luz infrarroja cercana (NIR), que modula la respuesta de los macrófagos y ayuda a controlar la inflamación en las etapas iniciales cruciales después de la implantación. La superficie genera una fotocorriente cuando se expone a la luz NIR, lo que provoca un mayor influjo de calcio en los macrófagos y fomenta un entorno osteoinmunitario más favorable. Esto, a su vez, acelera el reclutamiento de células madre mesenquimales y promueve la formación ósea, acelerando así el proceso de integración hueso-implante.

Si bien los implantes ortopédicos tradicionales suelen estar recubiertos con dióxido de titanio (TiO2) debido a su no toxicidad para las células óseas y las bacterias, este material carece de sensibilidad a la luz NIR. La luz NIR, conocida por su capacidad para penetrar los tejidos biológicos, se usa comúnmente en tratamientos para infecciones y cáncer.

En este estudio, los investigadores utilizaron hidroxiapatita (HA), el mineral principal de los huesos y los dientes, para crear una superficie de implante reactiva. Este innovador recubrimiento genera señales fotoeléctricas cuando se expone a la luz NIR, lo que ayuda a reducir la inflamación y regular la diferenciación de los macrófagos, creando así un entorno inmunológico propicio para la integración hueso-implante. La regulación de las células inmunitarias mejora aún más el reclutamiento de células madre mesenquimales para la formación ósea, acelerando el proceso de integración y mejorando la estabilidad del implante.

En experimentos con un modelo animal con defecto tibial, los investigadores demostraron que la integración hueso-implante se aceleró de 28 días a solo 14 días, duplicando efectivamente la velocidad. Este es el primer estudio que utiliza una fotocorriente para regular de forma no invasiva las células inmunitarias, ofreciendo un potencial prometedor para el desarrollo de nuevos biomateriales capaces de controlar de forma remota el entorno inmunológico local.

“Nuestro equipo ha desarrollado con éxito una superficie diseñada que modula de forma no invasiva la diferenciación de los macrófagos según el ciclo inmunológico y las necesidades del paciente”, afirmó el profesor Kelvin Yeung Wai-kwok, quien dirigió la investigación. “Los experimentos con animales han demostrado que este método acelera significativamente la integración hueso-implante, logrando un aumento de dos veces en la tasa de fusión. Nuestro objetivo es expandir la aplicación de esta superficie diseñada en cirugías ortopédicas en futuras investigaciones para mejorar la recuperación de los pacientes. Este descubrimiento tiene un impacto profundo en la tasa de éxito de las cirugías ortopédicas y proporciona una nueva dirección para abordar desafíos clínicos, como el rechazo de implantes".