Las lesiones de rodilla se encuentran entre las cinco razones principales por las que las personas visitan a un cirujano ortopédico para recibir tratamiento, que incluyen 719,000 reemplazos totales de rodilla realizados anualmente en los Estados Unidos. Ahora, una nueva investigación revela biomecánica subyacente que puede estar involucrada en la función del fibrocartílago del menisco, así como la disfuncióny podría guiar tratamientos novedosos para algunos de los problemas ortopédicos más debilitantes y costosos en los EE. UU., incluidos los desgarros de menisco y la degeneración articular relacionada con la edad.
El menisco de la rodilla es una pieza de cartílago entre los huesos de la pierna que amortigua y estabiliza la articulación, protegiendo los huesos del desgaste. En estudios de muestras de vacas y humanos, identificaron bioingenieros financiados por el Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingenieríapequeños parches de "islas" no fibrosas conocidas como microdominios en el fibrocartílago de la rodilla que forma el menisco. Las muestras de animales y humanos más viejos siempre tenían microdominios más grandes. El descubrimiento abre el camino para un examen más detallado de la microestructura del fibrocartílago y cómo los cambios enlos niveles celulares y moleculares contribuyen a la salud y enfermedad ortopédicas.
"Este es un trabajo impresionante e importante", dice Rosemarie Hunziker, Ph.D., Directora del Programa NIBIB en Ingeniería de Tejidos y Medicina Regenerativa, "tanto en el descubrimiento fundamental como en el hecho de que construyeron rápidamente un modelo para estudiarlo"El descubrimiento realizado por investigadores de la Universidad de Delaware y la Universidad de Pensilvania y el posterior desarrollo de un modelo de bioingeniería del tejido se informan en la edición del 4 de enero de Materiales de la naturaleza .
Parches no fibrosos de microdominios crecen con la edad y el estrés mecánico
El grupo examinó muestras de tejido de rodilla de vaca que abarcaban desde el desarrollo fetal hasta la edad adulta. Los microdominios, intercalados dentro del fibrocartílago del menisco, estaban presentes en la etapa fetal en muestras de vaca y crecieron en tamaño, pero no en número, a medida que envejecíael animal aumentó. Los estudios de muestras humanas revelaron la misma correlación entre la edad avanzada y el aumento del tamaño de los microdominios.
Además del aumento de los microdominios con la edad, los donantes humanos con un índice de masa corporal más alto también tuvieron aumentos en el tamaño de los microdominios ". En conjunto, estas observaciones sugirieron que el aumento del tamaño del microdominio podría ser una respuesta adaptativa para manejar el aumento de la carga mecánica acumuladacon el tiempo o una mayor presión sobre el menisco en individuos más pesados ", explica Dawn Elliott, Ph.D., presidenta del Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Delaware y coautora principal del estudio." Una pregunta importante que tuvimos de inmediato fue si taluna adaptación podría llevarse al punto en el que también podría conducir a una función deteriorada del fibrocartílago de rodilla ".
Estructura y función de investigación a nivel micro
Los estudios de células en las regiones ricas en fibra del tejido y en los microdominios revelaron el tipo de información que el equipo busca: una diferencia crítica de respuesta mecánica entre las fibras flexibles y los microdominios inflexibles ". Hubo un cambio distinto enseñalización de calcio en respuesta al estiramiento y al aumento de la carga mecánica en las células dentro de la parte fibrosa del tejido ", explica Robert L. Mauck, Ph.D., Departamento de Cirugía Ortopédica y Bioingeniería de la Universidad de Pensilvania y coautor del estudio.estudio, "pero en las células de los microdominios no fibrosos, los niveles de calcio permanecieron estáticos; estas células no respondían al estiramiento o al aumento de la carga mecánica".
Mauck explica que el movimiento de calcio dentro y fuera de las células en respuesta al estiramiento del tejido es una señal para que las células activen genes y procesos que causan la regeneración y remodelación del tejido. Por el contrario, la falta de tal respuesta en los microdominios agregó evidenciaa la teoría de que los microdominios podrían contribuir al deterioro de la función, ya que un menisco de rodilla con microdominios más grandes podría fallar en su intento de repararse a sí mismo en respuesta al estrés.
Construcción de construcciones de ingeniería de tejidos para un estudio y experimentación en profundidad
Para estudios más detallados de las características observadas en muestras de menisco, el equipo de investigación diseñó fibrocartílago de rodilla en el laboratorio. Llamaron a sus construcciones de ingeniería de tejido heterogéneo de tejido de fibrocartílago de rodilla o hetTECs. "Heterogéneo" se refiere al hecho de que elEl tejido hecho en laboratorio contenía los dos elementos observados en el tejido nativo: los dominios fibrosos intercalados con islas de los microdominios no fibrosos.
Mauck enfatiza cómo los diferentes conocimientos y perspectivas del equipo de investigación hicieron posible la construcción de hetTECs ". El trabajo del Dr. Elliott en mecánica de tejidos, esencialmente profundizando para revelar la estructura a nivel micro del tejido me proporciona los detalles que necesito como uncientífico de biomateriales e ingeniería de tejidos para construir un modelo de ingeniería de tejidos preciso desde cero "
Las pruebas exhaustivas de los hetTEC demostraron que imitaban fielmente las características del tejido nativo, incluida la respuesta de calcio al estrés en las áreas fibrosas y la falta de respuesta por parte de las células en los microdominios. El equipo está entusiasmado con el uso de hetTEC bioingenieríapara responder preguntas sobre cómo los detalles microestructurales se relacionan con la función del fibrocartílago de rodilla.
Mauck explica la utilidad de los hetTECs. "Ahora tenemos una plataforma in vitro para estudiar la mecanobiología del tejido de la rodilla de manera controlada en el laboratorio. Por ejemplo, podemos encontrar que los microdominios son necesarios para el desarrollo adecuado del fibrocartílago enel embrión, pero luego se vuelve perjudicial en el envejecimiento de los animales. Ahora estamos realizando pruebas que nos ayudarán a desentrañar los detalles mecánicos de cómo se relaciona la estructura con la función "
Pero volviendo a las rodillas doloridas, aunque son cautelosos al culpar a los microdominios de la degeneración del fibrocartílago sin pruebas más exhaustivas, el equipo reconoce el poderoso potencial de sus construcciones hetTEC para identificar procesos de enfermedades a nivel micro y luego probar los tratamientos potenciales que revierteno detener el proceso de la enfermedad. Concluye Mauck, "en última instancia, estamos trabajando para utilizar este tipo de modelo de ingeniería para desarrollar nuevos tratamientos para las rodillas enfermas, así como otros tipos de tejidos conectivos".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Imagen Biomédica y Bioingeniería . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :