Entre los huesos de la rodilla poseemos una delgada y resbaladiza capa de cartílago. Ésta es lo suficientemente fuerte como para soportar todo nuestro peso y, a la vez, lo suficientemente flexible como para amortiguar la articulación durante décadas de actividad ósea. Un binomio, de difícil reproducción artificial, que ha sido descifrado por investigadores de la Universidad de Duke, quienes han creado el primer gel experimental que alcanzar las citadas cuotas de resistencia.
Dirigido por los científicos de química y materiales de Duke, Ben Wiley y Ken Gall, la investigación podría conducir a una alternativa para los 600.000 pacientes que buscan cirugías de reemplazo de rodilla en los Estados Unidos cada año. El material, constituido a base de polímeros capaces de soportar tirones y cargas sin presentar desgaste, constituye el primer hidrogel.
El cartílago asume una gran cantidad de fuerza con cada paso, normalmente entre dos y tres veces el peso de su cuerpo. Sin embargo, posee una capacidad finita de reparación autónoma. Desgastado por la edad, el uso excesivo o afecciones, ofrece un difícil tratamiento, tal y como apunta el profesor de ingeniería mecánica y ciencia de materiales en Duke, Ken Gall.
Para los pacientes que desean evitar o posponer un reemplazo de rodilla, este descubriendo puede resultar determinante. Los hidrogeles se han explorado para su uso como sustituto del cartílago desde la década de 1970. Hasta el momento se han empleado en lentes de contacto blandas y pañales desechables. Los investigadores se sienten atraídos por estos materiales, debido a sus propiedades resbaladizas y amortiguadoras. No obstante, han demostrado ser demasiado débiles para su aplicación en articulaciones de carga, como la rodilla.
El equipo de Duke se propuso cambiar eso. "Nos propusimos hacer el primer hidrogel poseedor de las propiedades mecánicas del cartílago", dijo Wiley, profesor de química en Duke.
El nuevo hidrogel consta de dos redes de polímeros entrelazados: uno hecho de hilos elásticos (tipo espagueti) y el otro más rígido (en forma de canasta), con cargas negativas a lo largo de su longitud. Estos se refuerzan con un tercer ingrediente, una malla de fibras de celulosa. Cuando el gel se estira, las fibras de celulosa resisten la tracción y ayudan a mantener el material unido. Por el contrario, cuando se aprieta, las cargas negativas se repelen entre sí y se adhieren al agua, lo que contribuye a recuperar su forma original.
"Solo esta combinación de los tres componentes es flexible y rígida y, por lo tanto, fuerte", dijo el coautor Feichen Yang. Cuando los investigadores compararon el material resultante con otros hidrogeles, el suyo fue el único que era tan fuerte como el cartílago, tanto bajo presión como estiramiento.
En un experimento, el equipo lo sometió a 100.000 ciclos de tirones. Frente a esto, el material se mantuvo tan bien como el titanio poroso utilizado para los implantes óseos, "lo que superó nuestras expectativas iniciales", dijo el coautor William Koshut, estudiante de doctorado en el laboratorio de Gall. Además, frotaron el nuevo material contra el cartílago natural un millón de veces. Descubrieron que su superficie autolubricante, lisa y resbaladiza, es tan resistente al desgaste como la verdadera y cuatro veces más resistente al desgaste que los implantes de cartílago sintético, actualmente aprobados por la FDA para su uso en el dedo gordo del pie.
El proceso de trasladar el material del laboratorio a la clínica podría prolongarse durante tres años más. Las pruebas de seguridad iniciales ya han descartado su toxicidad para las células cultivadas en laboratorio. El siguiente paso será diseñar un implante para testar en ovejas.
