Por primera vez un hidrogel sintético supera las prestaciones del cartílago natural

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El cartílago artícular reduce la fricción en las articulaciones
El cartílago artícular reduce la fricción en las articulaciones

Para hablar del cuerpo humano es frecuente utilizar la metáfora de una maquinaria con cientos de componentes que se mueven y trabajan con eficacia. Sin embargo, toda máquina necesita estar bien engrasada y siguiendo con el símil mecánico, en nuestro organismo esa función la cumple el cartílago. El cartílago articular es un tejido elástico que recubre la superficie de nuestras articulaciones para reducir la fricción, transferir y distribuir las cargas en distintas posiciones, sirve de lubricante permitiendo así que los huesos se deslicen o giren unos sobre otros reduciendo significativamente el desgaste.

Sin embargo el cartílago también se desgasta progresivamente causando osteoartritris, la forma más común de artritis, que afecta a uno de cada seis adultos en todo el mundo, es decir a casi 900 millones de personas. Los problemas de cartílago tienen difícil solución, no hay un tratamiento definitivo e incluso las prótesis, la cirugía o los recientes avances en trasplante de cartílago fresco aún no alcanzan las características y prestaciones del cartílago natural. Durante las últimas décadas médicos, bioingenieros y expertos en nuevos materiales han trabajado para desarrollar cartílago sintético que pudiera sustituir al cartílago perdido y ese esfuerzo de investigación comienza a dar importantes frutos.

Hace tan solo unos días, la revista Advance Functional Materials acaba de publicar el trabajo de un equipo de investigadores de la Universidad de Duke (EEUU) en el que presentan un hidrogel que “supera en fuerza y resistencia al cartílago real”. El estudio publicado es fruto del esfuerzo continuado de este equipo de Duke que, ya en 2020, publicó en ese mismo journal un primer proyecto de material con “la resistencia y el módulo del cartílago tanto en tensión como en compresión, que fue el primero en exhibir una resistencia a la fatiga por tracción equivalente al cartílago a 100 000 ciclos”.

Este nuevo hidrogel, desarrollado en colaboración con la empresa especializada en articulaciones Sparta Biomedical, se fabrica utilizando láminas delgadas de fibra de celulosa junto con un polímero, denominado alcohol polivinílico, hasta formar un gel viscoso. Las fibras de celulosa actúan como las fibras de colágeno en el cartílago natural y el alcohol polivinílico ayuda a que vuelvan a su forma original. El resultado es un material gelatinoso, compuesto de un 60% de agua, que resulta flexible pero es sorprendentemente fuerte.

Un implante a base de hidrogel podría reemplazar el cartílago desgastado y aliviar el dolor de rodilla sin reemplazar toda la articulación | Imagen Benjamin Wiley, Universidad de Duke.
Un implante a base de hidrogel podría reemplazar el cartílago desgastado y aliviar el dolor de rodilla sin reemplazar toda la articulación | Imagen Benjamin Wiley, Universidad de Duke.

Pero… ¿Cómo de fuerte y resistente es este hidrogel?

El cartílago natural es un material ciertamente increíble capaz de soportar casi 1600 kilogramos por centímetro. Aun así, la versión en hidrogel desarrollada en laboratorio es un 26% más resistente que el cartílago natural a la tensión y un 66% más fuerte en compresión. Los investigadores de Duke dejan dos ejemplos para ilustrar estas cifras y afirman que “en tensión sería como colgar siete pianos de cola de un llavero y en compresión sería como aparcar todo el peso de un coche en un sello postal”.

No obstante, siempre que nos encontramos ante este tipo de proyectos y estudios es conveniente saber en qué fase del desarrollo se encuentran y en este caso, aún es pronto para lanzar las campanas al vuelo. Los implantes desarrollados con este hidrogel se están probando actualmente en ovejas y los investigadores estiman que los ensayos clínicos en humanos comenzarán en abril del próximo año, 2023.

Resulta sorprendente saber que, incluso con el avance en medicina y calidad de vida, la osteoartritis es más frecuente en nuestros días que hace unas décadas. En Estados Unidos, por ejemplo, la osteoartritis es dos veces más común hoy que hace un siglo. La ciencia ha ido desarrollando una serie de enfoques, cada vez menos invasivos, como la extracción de cartílago suelto, procedimientos para estimular el crecimiento o el trasplante de cartílago sano de un donante… pero todos estos métodos necesitan meses de rehabilitación y un porcentaje de ellos terminan fallando con el tiempo.

Si fuésemos capaces de desarrollar un sustituto viable, efectivo y seguro al cartílago natural, concluyen los autores, “representaría un cambio importantísimo para un enorme número de personas en todo el mundo”.

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Referencias científicas y más información:

Zhao, Jiacheng, et al. «A Synthetic Hydrogel Composite with a Strength and Wear Resistance Greater than Cartilage». Advanced Functional Materials, agosto de 2022, DOI:10.1002/adfm.202205662.

Robin A. Smith “Stiff, achy knees? Lab-made cartilage gel outperforms the real thing” Duke University