Live Science ha conversado con los desarrolladores de un implante de rodilla biológico que podría ayudar a más pacientes que necesitan reemplazos de rodilla a obtenerlos.
Nadeen Chahine y Clark Hung están trabajando en el desarrollo de un implante de rodilla “biológico” que podría ser una mejor alternativa para algunos pacientes que requieren un reemplazo de rodilla.(Crédito de la imagen: Universidad de Columbia)Suscríbete a nuestro boletín
Imagínese someterse a un reemplazo de rodilla hecho de materiales vivos en lugar de metal y plástico.
Investigadores de la Universidad de Columbia y la Universidad de Missouri están trabajando para hacer realidad esta visión. Su implante de rodilla impreso en 3D, denominado NOVAKnee, está compuesto por un andamio biodegradable relleno de hueso y cartílago derivados de células madre. La idea es que, una vez dentro del cuerpo, el andamio desaparezca gradualmente a medida que es reemplazado por hueso y cartílago nuevos que se integrarán en el esqueleto del paciente.
NOVAKnee podría ser una mejor opción para estos pacientes. El implante ha sido probado en ratones de laboratorio, en experimentos donde se colocó una versión diminuta debajo de la piel de los animales para observar la reacción del cuerpo. Pronto será probado en animales más grandes en experimentos que replican el funcionamiento de un reemplazo de rodilla en humanos; aún no se ha revelado el tipo de animal que se utilizará para esas pruebas.
Si todo va bien, los desarrolladores esperan lanzar sus primeros ensayos en humanos tan pronto como en 2028. El trabajo está siendo respaldado por un proyecto financiado federalmente llamado Novel Innovations for Tissue Regeneration in Osteoarthritis (NITRO).
Live Science conversó con dos de los desarrolladores — Clark Hung, profesor y vicepresidente del Departamento de Ingeniería Biomédica de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Columbia, y Nadeen Chahine, profesora de ingeniería biomédica en cirugía ortopédica de la Facultad de Medicina Vagelos de la Universidad de Columbia — sobre la nueva tecnología.
Nicoletta Lanese: ¿Cuáles son los problemas con los implantes de rodilla convencionales que NOVAKnee pretende abordar?
Clark Hung: Los reemplazos de rodilla convencionales, implantes de metal y plástico, funcionan realmente bien. Pero están limitados a 15 o 20 años, básicamente hasta que fallan, desde una perspectiva de materiales. Si no estás en las últimas décadas de tu vida, hay una buena probabilidad de que superes la vida útil de tu implante, lo que requeriría la colocación de otro implante, eso se llama cirugía de revisión.
Cuando [el primer implante] falla, el médico tiene que intervenir e intentar extraer ese implante sin dañar el hueso existente. Y en realidad, tiene que hacer una abertura más grande para colocar el nuevo implante.
Nadeen Chahine: Cuando los pacientes son mayores, y se les realiza esa revisión, se está tratando con hueso más débil, o una mayor pérdida de masa ósea, en comparación con un paciente más joven. Por lo tanto, esto conlleva un mayor riesgo de aflojamiento [inestabilidad del implante dentro de la articulación de la rodilla] y un mayor riesgo de fallo.
CH: Por lo tanto, si eres un paciente joven al que le falta una gran parte de la superficie anatómica de su cartílago, la mayoría de los cirujanos te dirán que esperes y tomes medicamentos para aliviar el dolor hasta que seas mayor, para obtener el reemplazo de rodilla real.
El objetivo aquí es realmente devolver a las personas su funcionalidad y eliminar el dolor. Uno de los desafíos, por lo tanto, es crear una versión biológica de un reemplazo de rodilla, donde posiblemente podría ser tu último reemplazo de rodilla y algo que tenga una mayor duración de éxito que los implantes actuales.
NL: ¿Cree que NOVAKnee también podría ser útil para pacientes mayores de trasplante de rodilla?
NC: Honestamente, no está completamente claro. Los datos tienen que confirmarse para ver qué poblaciones de pacientes se beneficiarán más. Creo que vemos que hay una oportunidad para ayudar a los adultos jóvenes que actualmente no tienen opciones, ningún tratamiento más allá de inyecciones y medidas provisionales para ayudarles a controlar el dolor y la discapacidad que están experimentando.
NL: En términos de la cirugía, ¿este reemplazo de rodilla debería funcionar igual que uno normal?
CH: Se supone que es bastante similar. … Estamos adoptando, al menos desde una perspectiva de comercialización, el papel del cirujano ortopédico en este proceso, al crear una versión biológica de algo con lo que están familiarizados.
NITRO apoya varios esfuerzos de investigación, incluido NOVAKnee, destinados a desarrollar nuevas formas de ayudar al cuerpo humano a reparar sus propias articulaciones. (Crédito de la imagen: Universidad de Columbia)
NL: ¿Podrían teóricamente lograr algo similar sin un implante, por ejemplo, introduciendo células madre directamente en la articulación de la rodilla?
CH: Otros proyectos del portafolio de NITRO están investigando inyectables para regenerar hueso y cartílago. Por ahora, no hay nada disponible comercialmente que pueda satisfacer esas demandas. La mayoría de los productos en el mercado están destinados a aliviar el dolor, sea cual sea el mecanismo: desde la viscosuplementación, donde esencialmente se inyecta gelatina en la rodilla para intentar amortiguar la articulación, hasta los corticosteroides. Está enmascarando el problema inherente [de la degeneración de la articulación]. El programa NITRO en su conjunto tiene como objetivo resolver el problema de una forma u otra.
[Cuando se trata de inyectables] No estoy muy seguro de cómo funcionarán estos productos si hay un daño importante en la superficie articular [donde se encuentran los huesos de la articulación], donde falta la mayor parte del cartílago. En esas situaciones, algo como lo que proponemos podría ser más apropiado porque puede que no se tenga tiempo [para regenerar ese tejido] si básicamente se está rozando hueso con hueso.
Bromeamos al principio del programa que, teóricamente, si estos inyectables funcionaran, nos dejarían sin trabajo. Pero en mi opinión, creo que hay mucha gente que ya tiene implantes, los convencionales, y si esos fallaran y necesitaran revisión, nuestro producto aún tendría un papel.
NL: ¿Cómo diseñaron el andamio del implante?
NC: El objetivo es que esté allí para provocar una respuesta controlada y bien definida, y luego se degradará con el tiempo, lo que dará lugar a componentes naturales para el cuerpo que luego serán descompuestos por los mecanismos normales.
Lo que intentamos hacer es construir sobre eso creando algo que se parezca a una rodilla y funcione como una rodilla, pero que no pueda ser un material permanente como el metal y el plástico.
NL: ¿Y dónde entran en juego las células madre?
NC: Estamos desarrollando dos versiones de la tecnología. Una de ellas se sembrará con las propias células del paciente. Aislaríamos células madre del paciente y luego las usaríamos para generar células de cartílago y hueso, y ese sería nuestro producto “autólogo” [derivado del mismo individuo]. Esas células luego se colocarían en el andamio, y luego lo implantaríamos.
Por otro lado, hay algunas consideraciones en las que un paciente podría no ser un buen candidato para la terapia autóloga, o su potencial regenerativo no es el adecuado. En ese punto, quizás queramos considerar el uso de fuentes celulares alogénicas [células de otras personas] y obtener células de donantes de un banco preparadas utilizando los mismos mecanismos.
Todavía necesitamos entender un poco más definitivamente quién es el candidato ideal para la terapia autóloga versus alogénica, y cómo decidimos el flujo de trabajo clínico de quién debería recibir una u otra. Actualmente, todavía estamos en esta fase de I+D.
NL: En un paciente humano, ¿cuánto tiempo tardaría el andamio en degradarse y dejar las nuevas células por sí solas?
NC: Es algo muy difícil de predecir exactamente. Hemos realizado estudios tanto sobre la biodegradación como sobre la síntesis de matriz [el crecimiento de hueso y cartílago], y tenemos algunas ideas sobre cómo están sucediendo. Pero hasta la fecha, solo los hemos estudiado en estudios con animales pequeños.
Tenemos una idea de cuánta matriz se está sintetizando y cuánta degradación está ocurriendo [una vez que el implante está] en el cuerpo, pero no necesariamente en la rodilla. Lo que tampoco sabemos todavía es cómo la presencia de carga mecánica, el uso de la prótesis de rodilla, afecta tanto a la degradación como a la síntesis de matriz.
Eso es lo que estamos estudiando en esta nueva fase del proyecto [en los experimentos con animales grandes]. Son preguntas realmente importantes que queremos poder responder para modificar nuestro enfoque si es necesario, para abordar cualquier deficiencia potencial.
CH: En nuestros estudios preclínicos con animales grandes, NITRO exige que utilicemos un modelo de artritis. Básicamente, vamos a crear osteoartritis en los animales y luego realizar el reemplazo biológico de rodilla. Esto simulará mejor lo que ocurre clínicamente en las personas.
Para ser efectivo, el andamio de NOVAKnee deberá ser lo suficientemente robusto como para funcionar como una articulación de rodilla hasta que el nuevo hueso y cartílago tomen el relevo. (Crédito de la imagen: Getty Images)
NL: Dado que parece que los ensayos en humanos podrían comenzar pronto, ¿ya se están preparando para ellos?
CH: Este programa en el que estamos es un programa de cinco años: dos años de I+D, básicamente en laboratorio; 18 meses de estudios con animales grandes; y luego 18 meses de ensayos clínicos de Fase I [de seguridad]. Los ensayos serían en 18 meses o dos años a partir de ahora si todo fuera perfecto con nuestros estudios en animales y la FDA lo aprobara y dijera: “Oigan, estos son datos perfectos; les daremos la opción de pasar a humanos”. Así que es probablemente muy ambicioso, pero todo el programa es ambicioso.
NC: Hemos recibido mucho interés de personas de todo el país y del extranjero que quieren informarse sobre el ensayo o que nos preguntan: “¿Debo posponer mi reemplazo de rodilla para poder unirme a su ensayo?”. Obviamente, aún no podemos responder a ninguna de esas preguntas, pero valoramos mucho el entusiasmo y el interés. Tenemos un formulario que debería aparecer en nuestro sitio web para que aquellas personas que deseen mantenerse informadas puedan conocer el progreso.
Sinceramente, mientras hemos estado inmersos en la investigación técnica y sudando esos detalles para asegurarnos de que estamos haciendo la mejor ciencia posible para sacar adelante esta tecnología, es muy refrescante y revelador escuchar sobre las necesidades de la gente común en todas partes que nos dicen lo desesperadamente que necesitan algo como esto. Estoy recibiendo llamadas y mensajes de texto de los padres de mis amigos, de personas que viven en mi comunidad, de todas partes: “Por favor, díganme, ¿qué puedo hacer?”.
NL: Para las personas que se contactan, ¿hay tendencias particulares? ¿Son en su mayoría pacientes jóvenes que esperan un futuro implante de rodilla, por ejemplo?
NC: Creo que hay mucho de eso. Son demasiado jóvenes, y esperar tiene sentido. Y tal vez no estén tan avanzados, en el sentido de que no están completamente rozando hueso con hueso, pero aún sienten mucho dolor e incomodidad. Algunos han tenido que renunciar a ciertas actividades o deportes que disfrutaban y que ahora no pueden realizar. Es mucho de eso.
CH: He visto un par de casos en los que las personas simplemente no quieren objetos extraños en su cuerpo. Teóricamente, si todo esto funciona, y supongamos que tienes células propias, es autólogo, si todo se absorbe como debería, entonces eventualmente se convierte en ti, tu propio hueso y cartílago.
Así que algunas personas dicen: “Si pudiera tener algo que sea biológico, que vaya a ser parte de mí y no algo que vaya a permanecer como un objeto dentro de mí, lo preferiría”.
NL: Ampliando la perspectiva, ¿creen que esta nueva tecnología podría ser útil para otros reemplazos de articulaciones?
NC: Si dependiera de nosotros decidir en qué articulación probar esto primero, no habríamos elegido la rodilla. Entiendo de dónde vino la decisión porque es donde existe la mayor necesidad. Sin embargo, desde una perspectiva mecánica y desde el punto de vista de la función y el rango de movimiento de la articulación, es probablemente una de las más difíciles. Habríamos comenzado en una articulación diferente, solo para construir el concepto de prueba en algo un poco más permisivo.
Dado ese contexto, creo que tenemos un deseo y una visión de ver esto como una tecnología de plataforma que podría desarrollarse para otras articulaciones grandes, o incluso algunas articulaciones más pequeñas, dependiendo de la función y la necesidad. Esperemos que, a su debido tiempo, sea algo que queramos seguir.
NL: Si tuvieran que elegir, ¿con qué articulación habrían empezado?
NC: Uno de nuestros colaboradores nos dice que el pulgar es un área muy importante que, de hecho, no tiene tecnología utilizable para [el reemplazo de] articulaciones. A pesar de parecer una articulación muy pequeña, en realidad soporta muchas fuerzas elevadas, pero el rango de movimiento es más limitado. Así que ese podría ser algo en lo que podríamos haber trabajado.
CH: Y a todo el mundo le gusta tener la capacidad de agarrar cosas y realizar la “acción de pinza” [usar el dedo índice y el pulgar para recoger objetos].
NC: Y todos vamos a desarrollar una artrosis muy mala en nuestros pulgares con todo el texto que enviamos. Así que ha sido un problema, pero solo va a empeorar con el envejecimiento de la población.