Material resbaladizo para lubricar articulaciones inspiradas en la naturaleza

Durante algún tiempo, los científicos han sido conscientes de que el líquido sinovial en las articulaciones contiene una sustancia natural que ayuda a mantenerlos bien lubricados. Ahora, al imitar sus propiedades, los ingenieros de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, MD, esperan desarrollar un nuevo material que proporcione una lubricación duradera en las articulaciones artificiales y otros puntos específicos del cuerpo donde las superficies se mueven una contra la otra.
"Lo que me gusta de este concepto es que estamos imitando funciones naturales que se pierden con materiales sintéticos", dice el profesor Elisseeff.

El equipo escribe sobre el nuevo material y el potencial que ofrece en el diario Materiales de la naturaleza. Además de ayudar a aliviar el dolor en las articulaciones, otras áreas de posible uso incluyen hacer que las lentes de contacto sean más cómodas.

La molécula que están investigando se llama ácido hialurónico (HA), que existe en varias formas en el cuerpo donde se necesita lubricación.

Una forma de HA reduce la inflamación y protege las células del daño metabólico. En el cuerpo, HA se une a las superficies protegidas por una proteína. La investigación muestra que en las rodillas dañadas, enfermas y envejecidas, caderas, hombros y codos, esta proteína ya no es capaz de aferrarse a HA.

La viscosuplementación es un tratamiento popular para las articulaciones dolorosas y consiste en inyectar HA en la articulación dolorosa. Sin embargo, si la causa del dolor es la falta de la proteína que ayuda a unir HA a la superficie afectada, entonces no ofrece un beneficio duradero. La HA inyectada es rápidamente eliminada por los procesos naturales de limpieza del cuerpo.

'Manija química' mantiene HA en su lugar

Por lo tanto, dirigido por Jennifer H. Elisseeff, profesora del Wilmer Eye Institute de Johns Hopkins, el equipo buscó la forma de mantener HA en su lugar. Encontraron su respuesta en moléculas conocidas como péptidos de unión a HA (HABpeps).

Los científicos usaron HABpep como un "mango químico" para unir HA en superficies naturales y artificiales con la ayuda de otra molécula sintética, el polietilenglicol.

En el laboratorio, probaron el nuevo material en tejido cultivado y tejido de la superficie de los ojos y articulaciones en animales vivos. Descubrieron que el HA ligado no se eliminaba fácilmente, y reducía la fricción al igual que cuando los tejidos se sumergían en un baño de HA:

"Las superficies de los tejidos tratados con el sistema de unión a HA exhibieron valores de lubricidad más altos, e in vivo fueron capaces de retener HA en la articulación articular y unir las superficies del tejido ocular", señalan.

HABpep mantiene HA en su lugar 12 veces más

En otro conjunto de experimentos, también probaron un HABpep diseñado para unirse al cartílago. Inyectaron primero rodillas de ratas con algo de HABpep, luego con algo de HA, y encontraron que el AH permaneció 12 veces más tiempo que en las ratas que solo recibieron inyecciones de HA sin HABpep.

El equipo sugiere que esto muestra que los HABpeps pueden ser una adición útil a la viscosuplementación al ayudar a que el AH permanezca en su lugar durante más tiempo. También concluyen:

"Las estrategias mediadas por biomateriales que unen y concentran localmente HA podrían proporcionar beneficios físicos y biológicos cuando se usan para tratar disfunciones lubricantes de tejidos y para recubrir dispositivos médicos".

Aunque pasará algún tiempo antes de que ese material esté listo para su uso en humanos, el equipo destaca que el suyo es otro ejemplo más de cómo la naturaleza ha inspirado la solución a un problema médico.

El Prof. Elisseeff, quien también es de los departamentos de Ingeniería Biomédica y Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Johns Hopkins, dice:

"Lo que me gusta de este concepto es que estamos imitando funciones naturales que se pierden con materiales sintéticos".

Mientras tanto, en noviembre de 2013, Noticias médicas hoy aprendí cómo otro equipo de investigadores, también inspirado en la naturaleza, está refinando el coral marino para usar en injertos óseos.