Suturas bio-absorbibles: un novedoso desarrollo en la reparación quirúrgica de tejido tendinoso

Las suturas son comúnmente utilizadas en las cirugías para unir a los tejidos, sin embargo, la mayoría de ellas cumplen únicamente con este rol sin contar con funciones adicionales; es por esto que las suturas “híbridas” con propiedades mecánicas específicas y nuevas propiedades biológicas se han vuelto de gran interés. (Hu I& Huang, 2010).

La reparación quirúrgica de tendones y cartílagos sigue siendo un gran problema clínico y una necesidad médica crucial. Los casos de pérdida de las funciones articulares y dolor asociados con lesiones en los tendones continúan incrementando (Zeugolis et al, 2008). El objetivo entonces en esta investigación es encontrar un biomaterial que ayude en el desarrollo de un nuevo tipo de suturas que ayuden a unir tejidos de tendones una cicatrización sin romperse ni presentar algún tipo de toxicidad celular, promoviendo el crecimiento celular y reducir así las probabilidades de una segunda intervención quirúrgica en los pacientes.

De esta manera simultáneamente a la reducción de pacientes sometidos a una segunda intervención, habría una importante reducción en casos que implican la pérdida de las funciones, y un menor número de sesiones en rehabilitación serían utilizadas. Esto traería consigo una fácil y rápida reintegración del paciente a sus actividades cotidianas y un mayor impacto en su calidad de vida, además impactaría de manera positiva en su economía ya que al no tener una buena y rápida recuperación con las suturas comunes, existen mayores implicaciones económicas por parte del paciente y pone en mayor riesgo su salud. Adicionalmente, los gastos gubernamentales destinados para este tipo de cirugías incrementan al presentarse casos de re-intervenciones por una mala recuperación.

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Cuando se produce una herida en el tendón, este tejido pierde funcionalidad y la capacidad de proteger a la articulación implicada del daño que causaría una sobrecarga biomecánica, esto conduce a la degradación del cartílago articular y una debilidad degenerativa del hueso y el tendon dañado adherido. Si esto no es atendido de inmediato, las áreas heridas que rodean al tejido del tendón pueden comenzar a calcificarse lo cual debe evitarse a toda costa pues cada semana que pasa podría suponer una pérdida en el porcentaje de funcionalidad del tendón y podría llevar a un mayor tiempo de recuperación. Si la funcionalidad del tendón llega a perderse debido a un tratamiento tardío o una falla en la recuperación tras la primera intervención, el paciente podría enfrentarse a un mayor riesgo de adquirir una discapacidad. Ahora bien, cuando se produce algún desgarro en los ligamentos de nuestro cuerpo, los tendones son reparados utilizando comúnmente fibras delgadas de diversos materiales inertes. La delgadez de este tipo de suturas lleva al aumento de la tensión, provocando altos niveles de deformación y tendencia a la ruptura. Siendo estos, factores determinantes que deben ser considerados al fabricar fibras que puedan servir como suturas.

Por este motivo, de acuerdo a Zeugolis et al. (2008), las fibras elaboradas para promover el crecimiento celular pueden ser producidas como suturas bioabsorbibles para la reparación de tejido tendinoso. Así, entre los diferentes biomateriales que ya han sido estudiados, el colágeno ha demostrado diversas características deseables para este tipo de aplicaciones como: alta resistencia a fuerzas de tensión, biodegradabilidad y baja inmunogenicidad. Algunos estudios previos sobre fibras de colágeno extraídas han demostrado que este material comprende excelentes andamios para el reemplazo de tejido blando y duro, con propiedades similares al tejido nativo, facilitando así la migración de fibroblastos, que es cuando estos se infiltran y remodelan la estructura del colágeno para poder regenerarlo y producir nuevo tejido.

A pesar de haber obtenido numerosos éxitos en la investigación de estos materiales, aún existen diversos desafíos en la ingeniería de dichos andamios pues lo ideal serían aquellos que logren imitar el entorno natural que se presenta en la estructura del tejido a reparar. Por otro lado, en un estudio llevado a cabo en el 2020, los investigadores Carrancá, M., et al., demostraron que las propiedades de andamiaje del polietilenglicol (PEG) permitía una infiltración celular extensa y presentaba evidencia de buena degradación y neovascularización.

De igual forma muchos polímeros solubles en agua se han convertido en un campo de estudio muy atractivo dadas sus propiedades inertes y buenas tasas de degradación. Añadiendo también que se ha comprobado que el colágeno, que es un donador de hidrógeno, puede formar enlaces puente de hidrógeno con este tipo de polímeros solubles. En consecuencia, el polietilenglicol (PEG), que ha sido aprobado por la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos o FDA por sus siglas en inglés, para diversas aplicaciones médicas, podría utilizarse en la reparación de tejidos. Además, se ha demostrado que el PEG facilita la infiltración celular, el crecimiento de tejidos y brinda un aumento en la estabilidad mecánica y la degradación enzimática, aportando también una compatibilidad sanguínea mejorada y gran capacidad para resistir la adsorción de proteínas, lo que significa que el hidrogel es capaz de retener proteínas en su superficie (Zeugolis et al., 2008).

Por esta razón, las fibras de colágeno extruídas con PEG añadido constituyen un andamio prometedor para aplicaciones en ingeniería de tejidos.

Sin embargo, la ingeniería de estas fibras aún requieren de mejoras para lograr utilizar estos biomateriales en aplicaciones clínicas. Esto nos lleva al análisis de una investigación en la cual se fabricó una nueva estructura de fascículos de colágeno con PEG añadido, como una multifibra que replica la posición axial de las fibras naturales del tendón en una disposición fascicular (conjunto de fibras de tejido de tendón o músculo). Esta estructura podría reforzar las capacidades biomecánicas del tejido a reparar, disminuyendo las posibilidades de que el paciente sufra de un segundo desgarro postoperatorio.

El diseño de estos fascículos de colágeno sintético biomimético (SCF por sus siglas en inglés), dio lugar al planteamiento de una hipótesis por parte de los investigadores, la cual establece que esta estructura proporciona el comportamiento necesario a las células que se infiltran en la estructura del biomaterial. El planteamiento anterior fue basado en el tipo de ensamblaje de fascículos y las técnicas de reticulación utilizadas para la fabricación de las fibras, de modo que las propiedades mecánicas de las suturas sintéticas fueran mejoradas. Al controlar las propiedades de la estructura como la resistencia a la deformación, las tasas de degradación y la concentración química entre las moléculas de PEG y colágeno, una estructura SCF proporciona un microambiente ideal para que la regeneración del tendón incremente. Para la formación de la SCF, las microfibras de nano-textura de colágeno sintético con PEG, que mostraron una inmunogenicidad reducida, fueron caracterizadas por propiedades térmicas, físicas y mecánicas como las del tejido nativo.

En resumen, este método permite la implementación y control de parámetros clave para su aplicación en métodos in vivo, como rango de degradación, infiltración de células y difusión de nutrientes, dentro y fuera de la estructura. El tener la capacidad de mimetizar no sólo la composición y orientación del tendón nativo sino también su estructura microscópica, convierte a este método en el adecuado para nuestro interés principal: la reparación quirúrgica del tejido de tendones. (Kew et al., 2012).

Es importante mencionar que todos los materiales y sustancias químicas que fueron utilizados en los experimentos llevados a cabo durante dicha investigación, cuentan con la aprobación de la FDA. Dichos materiales son distribuidos legalmente por compañías farmacéuticas con reconocimiento internacional. De manera específica, el PEG y materiales derivados del colágeno, como el utilizado en la investigación (Colágeno Tipo I de piel bovina), también son materiales aprobados por la FDA para su uso en dispositivos médicos y en investigaciones de medicina regenerativa (FDA Recognized Consensus Standards, 2012).

Para poner en contexto el gasto que implicaría replicar un proceso de producción de este tipo de fibras sería necesario mencionar que se debe cubrir una alta inversión en infraestructura especializada lo que hace que los costos incrementen exponencialmente. De acuerdo con lo anterior, sería recomendable replicar este proceso en facilidades donde se cuente con todo el equipo requerido para que sea posible obtener resultados satisfactorios. Si la opción anterior no fuera viable, entonces se requeriría de un apoyo económico y en infraestructura de centros de investigación. Algunos ejemplos de estos centros pueden ser Tigenix Ltd. (compañía europea de terapia celular) y la Unidad de Investigación Ortopédica de la Universidad de Cambridge, organizaciones que fueron responsables de patrocinar la inversión inicial para el proceso de manufactura de las fibras, llevado a cabo por Zeugolis et al. (2008).

Las nuevas técnicas desarrolladas en años recientes han dado pauta para el desarrollo de futuras implementaciones clínicas, ofreciendo así avances en las intervenciones para reparación de tendones y brindar al paciente una mejor recuperación al disminuir los tiempos de curación. De acuerdo con lo planteado podemos decir que con la aplicación de nuevas suturas fabricadas con biomateriales disminuirían de manera drástica las posibilidades de que el paciente pueda volver a sufrir de un desgarre en el mismo tendón tratado y esto generaría un gran impacto en cuestión de salud pública ya que este tipo de cirugías representan un alto precio al sector salud.

Referencias:

Carrancá M, Griveau L, Remoué N, et al. Versatile lysine dendrigrafts and polyethylene glycol hydrogels with inherent biological properties: in vitro cell behavior modulation and in vivo biocompatibility. J Biomed Mater Res. 2020;1–12. https://doi.org/10.1002/jbm.a.3708

Hu, W. and Huang, Z.‐M. (2010), Biocompatibility of braided poly(L‐lactic acid) nanofiber wires applied as tissue sutures. Polym. Int., 59: 92-99. https://doi-org.udlap.idm.oclc.org/10.1002/pi.2695

Kew, S. J., Gwynne, J. H., Enea, D., Brookes, R., Rushton, N., Best, S. M., & Cameron, R. E. (2012). Synthetic collagen fascicles for the regeneration of tendon tissue. Acta biomaterialia, 8(10), 3723-3731.

Recognized Consensus Standards. (2012). Fda.gov. https://www.accessdata.fda.gov/scripts/cdrh/cfdocs/cfstandards/detail.cfm?standard__identification_no=30083

Zeugolis, D. I., Paul, R. G., & Attenburrow, G. (2008). Extruded collagen‐polyethylene glycol fibers for tissue engineering applications. Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials: An Official Journal of The Society for Biomaterials, The Japanese Society for Biomaterials, and The Australian Society for Biomaterials and the Korean Society for Biomaterials, 85(2), 343-352.

Sobre las autoras:

Sofía García Peña. Estudiante de sexto semestre de la carrera de Ingeniería Biomédica. Es miembro del Programa de Honores con el proyecto de investigación relacionado con el estudio de la distribución espacio-temporal de las señales de electroencefalografía durante el reposo, la imaginación y el rendimiento motor. Además, pertenece a la Rama Estudiantil IEEE-UDLAP como miembro estudiante y miembro activo en los grupos de afinidad Mujeres en Ingeniería (WIE) y Grupo de Interés Especial en Tecnologías Humanitarias (SIGHT) del IEEE. Pertenece al Capítulo Estudiantil SOMIB UDLAP, que es una representación estudiantil de la Sociedad Mexicana de Ingeniería Biomédica.

Contacto: sofia.garciapa@udlap.mx

Aranza Rodríguez Cruz. Estudiante del sexto semestre de la licenciatura en Ingeniería Biomédica en la UDLAP. Pertenece al Capítulo Estudiantil SOMIB UDLAP, el cual es la representación estudiantil de la Sociedad Mexicana de Ingeniería Biomédica en nuestra Universidad y es presidenta de la Rama Estudiantil IEEE UDLAP en donde también es integrante activa en los grupos de afinidad Women in Engineering (WIE) y Special Interest Group in Humanitarian Technologies (SIGHT). Asimismo, es miembro de un club Rotaract perteneciente a Rotary International.

Contacto: aranza.rodriguezcz@udlap.mx

 

Etiquetas: Ciencia, biomateriales, innovación, biomédica, ingeniería, colágeno, tendones, suturas, medicina moderna, innovación, salud publica, conexión, UDLAP.

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