Cuando la zona fracturada es grande o se ha perdido mucho hueso, la recuperación resulta difícil solo con la capacidad natural de curación del organismo. Un nuevo biomaterial busca atraer células madre a estas áreas dañadas y favorecer la formación de hueso nuevo.
La clave está en el «lactato». Aunque suele asociarse al cansancio muscular tras el ejercicio, el equipo investigador confirmó que también actúa como señal en el proceso por el que las células madre se transforman en células óseas.
El Hospital Bundang CHA, de la Universidad CHA de Medicina y Ciencia, informó el día 31 de que un equipo encabezado por el profesor Lee Soon-chul, del Servicio de Traumatología y Ortopedia, junto con el profesor investigador Kim Jeong-in y la doctoranda de la Universidad CHA de Medicina y Ciencia Siphesihle Kassandra Nongzola, ha desarrollado un andamiaje (scaffold) de regeneración ósea que, además de guiar células madre hacia la zona lesionada, impulsa la formación de hueso.
Los resultados se publicaron primero en línea el pasado 24 de junio en la revista internacional 〈Carbohydrate Polymers〉 y se incluirán en el volumen 388, que se publicará el 15 de septiembre.
Más que un «soporte» para el hueso: también atrae células madre
Un andamiaje (scaffold) es una especie de «plataforma» que sostiene el tejido dañado para que pueda volver a crecer. En regeneración ósea, proporciona un espacio donde las células pueden adherirse y proliferar para formar hueso nuevo.
Sin embargo, cuando la pérdida ósea es grande, introducir solo una estructura tiene limitaciones para la recuperación. También hace falta concentrar en la zona dañada células madre capaces de formar hueso y aportar señales que ayuden a que esas células se conviertan realmente en células óseas.
El equipo integró ambas funciones en un único andamiaje.
Tras fabricar fibras con PCL, un polímero biocompatible, y un material de la familia de la celulosa, aplicaron un tratamiento químico para generar lactato cálcico en la superficie. Desde ahí se liberan el calcio y el lactato necesarios para la formación ósea.
Además, incorporaron la proteína «SDF-1», que atrae células madre hacia la zona lesionada. SDF-1 es una molécula señalizadora que ayuda a que las células madre mesenquimales de la médula ósea se desplacen hacia el área dañada.
En los experimentos, SDF-1 se liberó en una cantidad relativamente alta al inicio y continuó liberándose hasta el día 28. El lactato se suministró de forma gradual y el calcio se liberó en un plazo de 7 días. Es decir, el diseño pretende primero reclutar células madre en la zona dañada y, después, favorecer allí el proceso de formación de hueso nuevo.
El tratamiento con lactato aumenta las señales vinculadas a la diferenciación en células óseas
El equipo también examinó qué cambios provoca el lactato dentro de las células madre.
Al tratar células madre mesenquimales de médula ósea humana con lactato, aumentó la expresión de un receptor llamado «OR5AN1». También se incrementaron la señal de calcio que entra en la célula y los marcadores relacionados con la diferenciación en células óseas.
OR5AN1 pertenece a la familia de los receptores olfativos. Estos receptores son conocidos por su función de detectar olores en la nariz, pero algunos también existen en otros tejidos y desempeñan un papel en la transmisión de señales a las células.
No es la primera vez que se plantea que el lactato ayuda a la regeneración ósea. En estudios previos con animales ya se sugirió la posibilidad de que el lactato, a través de receptores olfativos, promueva la diferenciación osteogénica de las células madre y la formación de hueso.
En este trabajo, los investigadores confirmaron que, al tratar células madre de médula ósea humana con lactato, aumentaban conjuntamente la expresión de OR5AN1, la señal de calcio y los indicadores relacionados con la diferenciación osteogénica. A continuación, aplicaron este principio a un andamiaje de regeneración ósea que combina una proteína inductora de células madre y lactato cálcico.
Aplicación en un defecto del fémur de ratón… se forma más hueso nuevo
Tras los ensayos celulares, el equipo probó el nuevo andamiaje en un modelo animal en el que se lesionó parte del fémur de ratones.
En el grupo que utilizó el andamiaje con lactato cálcico y SDF-1 de forma conjunta, se formó más hueso nuevo que en el grupo de comparación. En el examen histológico y la inmunotinción también se observó una formación de matriz ósea y una maduración tisular más activas.
Con todo, todavía no se trata de un tratamiento aplicable a pacientes. Este estudio se encuentra en la fase de confirmar el efecto y el mecanismo de acción mediante experimentos celulares con células madre humanas y un modelo de defecto femoral en ratón. Para utilizarlo en regeneración ósea tras fracturas reales, grandes defectos óseos o después de una cirugía de prótesis articular, se necesitan más investigaciones que verifiquen la seguridad y la eficacia en humanos.
El profesor Lee Soon-chul, del Servicio de Traumatología y Ortopedia del Hospital Bundang CHA, afirmó: «Es significativo porque hemos materializado un biomaterial que no solo sostiene el hueso, sino que reúne células madre en la zona dañada e induce a que formen hueso por sí mismas», y añadió: «Esperamos que en el futuro pueda utilizarse en diversos tratamientos ortopédicos, como la regeneración ósea tras fracturas y defectos óseos, o después de una cirugía de prótesis articular».
Este estudio también se presentó en «Personas que han hecho brillar a Corea (Hanbitsa)» del Centro de Información para la Investigación Biológica (BRIC).
