Reparació de lesions condrals mitjançant suports macroporosos biodegradables tridimensionals de policaprolactona. estudi experimental en un model animal

Abstract

Com és ben conegut, el cartílag hialí articular té una capacitat de reparació molt limitada. Les lesions condrals són causa de dolor, rigidesa, disminució de moviment i finalment destrucció de l’articulació. Els tractaments clàssics de reparació es basen en el transplantament osteocondral o en l’estimulació del sagnat subcondral per a produir una reparació secundària al reclutament de cèl·lules mare pluripotencials. Des de fa uns 20 anys, es van publicar els primers resultats clínics de la reparació de lesions condrals mitjançant el transplantament de condròcits autòlegs (ACI). Aquesta tècnica té l’inconvenient de que són necessàries 2 cirurgies; una primera per a l’obtenció de condròcits que es repliquen per a implantar-los en una segona cirurgia mitjançant una artrotomia. Estudis recents han qüestionat aquesta tècnica, ja que s’han obtingut resultats similars al comparar-la als 5 anys amb tècniques habituals d’estimulació del sagnat subcondral com les microfractures. També s`ha qüestionat el teixit de reparació, que es considera allunyat histològicament del cartílag hialí, amb característiques similars a un fibrocartílag. Sembla que la sembra en monocapa dels condròcits amb la tècnica ACI, condiciona la disposició tridimensional habitual d’aquestes cèl·lules i això contribueix a una producció inadequada de matriu extracel·lular, i secundàriament a una pèrdua del fenotip cel·lular. Recentment amb tècniques d’enginyeria tissular s’estan dissenyant matrius de suport tridimensional biodegradables (scaffolds en anglès) que permeten la sembra de condròcits per a la seva implantació, afavorint la producció de matriu extracel·lular i mantenint la ultraestructura de del cartílag hialí sa. Els 2 estudis que conformen aquesta tesi per compendi de publicacions es basen en la utilització de matrius de suport tridimensionals biodegradables de policaprolactona. En ambdós articles estudiem la capacitat de reparació de lesions condrals a la tròclea femoral del conill com a model animal d’aquestes matrius de suport, comparant-les amb tècniques clàssiques de reparació. En el primer article comparem 5 modalitats de reparació condral. En especial la tècnica ACI amb la implantació de matrius de suport de policaprolactona sembrades amb condròcits i matrius de suport de policaprolactona sense condròcits però realitzant perforacions subcondrals. Es van obtenir millors resultats histològics i biomecànics amb les matrius de suport de policaprolactona sembrades amb condròcits que amb les altres tècniques emprades, amb unes característiques del teixit de reparació similars al cartílag hialí sa. En el segon article es va estudiar la capacitat de reparació d’aquestes lesions condrals amb matrius de suport de policaprolactona i de policaprolactona amb àcid hialurònic sense condròcits sembrats. Es van realitzar perforacions subcondrals per afavorir el sagnat medul·lar i per tant l’aport de cèl·lules mare pluripotencials, amb la finalitat d’estalviar el procés d’obtenció i cultiu de condròcits que és un fet limitant en aquests tipus de cirurgies a la pràctica clínica habitual. Es va demostrar que afegir àcid hialurònic a les matrius de policaprolactona els hi confereix una major hidrofília. Finalment els resultats van demostrar que les matrius de suport de policaprolactona amb àcid hialurònic proporcionen una millor capacitat per a la reparació de les lesions condrals creades a la tròclea femoral del conill i que aquestes matrius es degraden més ràpidament que les matrius de policaprolactona. El teixit de reparació aconseguit va presentar característiques histològiques compatibles amb un cartílag hialí sa.

As is well known, the hyaline articular cartilage has a limited capacity for repair. Chondral injuries may cause pain, stiffness, decreased movement and, ultimately, destruction of the joint.

The classic repair treatments are based on osteochondral transplantation or the stimulation of subchondral bone to bring about a repair secondary to the recruitment of pluripotent stem cells.

In the last two decades, the first clinical results relative to the repair of chondral injuries by means of autologous chondrocyte transplantation (ACI) were published. This technique has the disadvantage that two surgeries are needed; the first to obtain chondrocytes that replicate so as to be implanted in a second surgery via an arthrotomy. Recent studies have questioned this technique because similar results were obtained, at 5 years, upon comparing it to the usual subchondral bleeding stimulation techniques such as microfractures. The repair tissue has also been brought to question as it is considered histologically distinct from hyaline cartilage, with characteristics similar to fibrocartilage. It seems that the seeding of chondrocytes in a monolayer with the ACI technique determines the three-dimensional arrangement of these cells and this contributes to an inadequate production of extracellular matrix and, secondarily, to a loss of the cellular phenotype. As of recently, three-dimensional biodegradable support matrices (scaffolds) are being designed with tissue engineering techniques that permit the seeding of chondrocytes for implantation, favoring the production of extracellular matrix and maintaining the ultrastructure of healthy hyaline cartilage. The two studies that comprise this thesis being a compendium of published works are based on the use of three-dimensional biodegradable polycaprolactone (PCL) matrices. The ability to repair chondral injuries on the femoral trochlea of of these matrices in an experimental animal model are studied in both papers, comparing them with classical techniques of repair. The first article, compared five modalities of Chondral repair: PCL matrices (isolated, seeded with chondrocytes or combined with microfractures) are compared to the introduction of chondrocytes (ACI technique) and a control group for the repair of these chondral injuries. The best histological and biomechanical results were obtained with the PCL matrices seeded with chondrocytes, which had repair tissue characteristics similar to healthy hyaline cartilage, in comparison to other techniques. In the second article, the ability to repair these chondral injuries with conventional PCL matrices or PCL matrices along with hyaluronic acid without seeded chondrocytes was studied. In this investigation, subchondral microfracturing was carried out to promote bleeding and therefore the drawing in of pluripotent stems cells. This was done in order to save the process of obtaining and culturing chondrocytes, considered one of the limiting factors of this technique in clinical practice. The results shown that adding hyaluronic acid to the PCL matrix makes it more hydrophilic and increases the ability to repair chondral injuries created in the femoral trochlea of rabbits. Moreover, the PCL matrices with the addition of Hyaluronic acid have proven to degrade more rapidly than the regular PCL matrices. Finally, the repair tissue acquired presented histological features compatible with healthy hyaline cartilage.