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El cartílago es esencial para preservar la competencia mecánica del sistema esquelético al proporcionar una superficie sin fricción entre los huesos en las articulaciones diartródiales, evitando así la erosión de la superficiearticular 1. La capacidad del cartílago para realizar estas exigentes funciones mecánicas depende en gran medida de la composición y organización únicas de su matriz extracelular, especialmente de su excepcionalmente alto contenido de agua. El agua desempeña un papel crucial en la estructura y función del cartílago articular, representando aproximadamente el 70-80% de su composición. El agua es el elemento principal responsable de la carga durante la compresión. La capacidad del tejido para resistir las fuerzas de compresión depende de cómo está estructurada y restringida el agua dentro de la matriz. Esta organización es posible mediante la interacción del agua con las principales macromoléculas del cartílago, como el colágeno y los proteoglicanos, especialmente los agregados unidos al ácidohialurónico 1. Estas actúan como estructuras de contención que ordenan y limitan el movimiento del agua. Esta interacción proporciona al tejido no solo rigidez, sino también resiliencia y la capacidad de recuperarse tras la deformación. La interacción entre el agua libre, el agua unida y la matriz macromolecular constituye el núcleo del comportamiento biomecánicodel cartílago 2.
A pesar de su notable capacidad para soportar y distribuir las cargas físicas y mecánicas que llegan a las articulaciones, una vez lesionado, el cartílago articular (CA) tiene un potencial limitado para la reparación espontánea debido a la baja actividad mitótica de los condrocitos y la deficiente vascularizacióntisular 2. El daño articular suele estar asociado a la pérdida progresiva de moléculas y proteínas de la matriz extracelular (MEC), que constituyen el 95% del tejido y confieren características biomecánicas a la AC3. Un desequilibrio entre la síntesis y degradación de los componentes de la MEC, que se desplaza hacia procesos catabólicos, puede dar lugar a la osteoartritis (OA), la enfermedad degenerativa articular más prevalente en todo el mundo. La osteoartritis afecta aproximadamente al 10-12% de la población adulta, causando dolor, limitando la movilidad y reduciendo notablemente la autonomía de lospacientes 4. La osteoartritis es más prevalente en poblaciones envejecidas debido a los insultos acumulados en la articulación a lo largo de la vida; sin embargo, se han asociado diversos factores de riesgo con el inicio de la condición clínica, como el género, la predisposición genética, la obesidad y los hábitosdiarios 4. Hasta ahora, los enfoques terapéuticos para tratar la artrite se han centrado en el manejo clínico de los síntomas y la sustitución total de las articulaciones en los casos másgraves. Sin una estrategia terapéutica robusta, reproducible y fiable para tratar eficazmente la artrosis, se están estudiando enfoques innovadores para comprender y abordar los problemas asociados a la lesión del cartílago articular.
Para reparar, regenerar y mejorar el movimiento articular en las articulaciones artríticas, el progreso en medicina regenerativa ha surgido como una nueva esperanza para restaurar el CAdañado 6,7. El uso de condrocitos autólogos combinado con la implantación de ECM e inyección intraarticular de células madre representa el estado actual de la arte en esteámbito 8,9,10. El principal desafío de estos enfoques es asegurar una diferenciación adecuada y la síntesis funcional de ECM por parte de células implantadas. Los condrocitos autólogos tienden a formar fibrocartílago o progresar a un estado hipertrófico, creando nuevo tejido disfuncional que no recapitula las características fisiológicas del CA, lo que conduce a una recuperación incompleta y a menudo a un deteriorotardío 11. Los biomateriales pueden utilizarse para guiar el comportamiento celular durante la regeneración tisular, proporcionando un andamiaje temporal para que las células se adhieran y sintetizen una nueva matriz extracelularnatural y funcional 12,13,14. El biomaterial ideal para la ingeniería del cartílago debe asegurar una fuerte integración con los tejidos circundantes, especialmente el hueso subcondral, ya que la falla en esta interfaz compromete la reparación a largo plazo. Sin embargo, la débil unión entre las capas de cartílago y hueso de los andamios osteocondrales y la mala integración con el tejido huésped siguen siendo grandesretos 15. Aunque los andamios intentan imitar la arquitectura osteocondral nativa, reproducir la compleja microestructura de la interfaz sigue siendo difícil. Esto refuerza la importancia de la investigación y desarrollo de andamios con propiedades biológicas que puedan apoyar simultáneamente la regeneración de cartílago y hueso, manteniendo la estabilidad de la interfaz16. La gelatina, derivada del colágeno —un componente clave del tejido cartílago— posee propiedades como motivos de unión celular y biodegradabilidad, lo que sugiere su potencial como biomaterial de apoyo cuando se combina con factores regenerativos para el tratamiento de lesiones osteocondrales. Cuando se modifica químicamente con anhídrido metacrílico para formar gelatina metacriloilo (GelMA), se vuelve fotocruzable, permitiendo la inyección y la fotopolimerización in situ, lo que mejora la estabilidad mecánica para aplicaciones en medicinaregenerativa 17.
Las lesiones osteocondrales tienen una capacidad regenerativa limitada, lo que representa un desafío clínico. Las investigaciones preclínicas que emplean modelos animales grandes de lesiones articulares de rodilla son esenciales para la investigación traslacional porque permiten una evaluación sistemática de variables que afectan los mecanismos de la enfermedad y los resultados terapéuticos. Las especies más utilizadas incluyen cerdos, cabras, perros, caballos y ovejas, cada una presentando ventajas y limitaciones específicas que deben considerarse en el diseño experimental. Además, todas estas especies presentan una reparación endógena limitada de defectos condrales y osteocondrales, como se observó enhumanos 18. Para garantizar que estos modelos sean predictivos de los resultados humanos, deben reproducir parámetros relevantes como anatomía, fisiología y propiedadesbiomecánicas 18. Para comparar, el grosor del cartílago articular humano en los cóndilos femorales varía entre 1,8 y 2mm 19, y el diámetro de las lesiones cartílagoas que normalmente requieren tratamiento es de 10 mm omás 20.
El modelo porcino ofrece ventajas para estudios de cartílago y regeneración osteocondral, ya que el tamaño de las articulaciones, el grosor del cartílago y los requisitos de carga de peso se asemejan mucho a los observados enhumanos 18. Algunas razas de cerdos miniatura, como el minipig de Göttingen, son fáciles de manejar y alcanzan la madurez esquelética entre los 18 y 22 mesesde edad. Su grosor de cartílago varía de 1 a 2 mm, y pueden formarse defectos de 6 a 8 mm en18 mm. Las características óseas, incluyendo el grosor trabecular, la tasa de aposición ósea y la organización de las fibras de colágeno, son comparables a las de los humanos. Sin embargo, el modelo porcino también tiene limitaciones: incluso en razas en miniatura, la articulación de la rodilla (stifle) es más pequeña que en humanos, lo que limita la creación de grandes defectos experimentales. Además, la mayoría de los estudios utilizan animales esqueléticamente inmaduros debido a los costes de mantenimiento asociados, lo que puede sobreestimar el potencial dereparación 23.
Las cabras presentan anatomía articular, biomecánica y grosor de cartílago como los humanos24. No requieren instalaciones especializadas, son fáciles de manejar y son relativamentebaratas 25. El grosor del cartílago de cabra oscila entre 0,8 y 2,0 mm, y el tamaño de defecto crítico más reportado es de 6mm 26. Sin embargo, existe una variación significativa en el grosor del cartílago entre razas, tamaños y sexos, lo que puede dar lugar a resultadosinconsistentes 27. La proporción de cartílago a hueso subcondral, así como la estructura ósea trabecular también son comparables a las de los humanos28. La madurez esquelética ocurre relativamente tarde, entre los 24 y 36 meses de edadde los 29 años. Desde un punto de vista biomecánico, la rodilla de la cabra experimenta presiones articulares y cargas cíclicas similares a las de los humanos, aunque la flexión de la rodilla durante la marcha es mayor (50°-70° en cabras frente a <30° en humanos), lo que resulta en áreas de contactodistintas 30. Esta diferencia, combinada con presiones máximas más altas, puede contribuir a una reparación del cartílago menoseficiente 30.
Entre los modelos animales de gran tamaño, los perros destacan por su capacidad para tolerar regímenes de rehabilitación, inmovilización articular y entrenamiento para caminar en cinta, natación y ejercicios controlados de carga18. El grosor del cartílago articular varía entre 0,9 y 1,3 mm, y el tamaño crítico del defecto es aproximadamente 4 mm, limitando la comparación directa con el modelohumano 25. La madurez ósea ocurre entre los 8,5 y 13,7 meses de edada los 31 años. Anatómicamente, la rodilla canina difiere de la rodilla humana, y las variaciones en biomecánica, patrones de carga y madurez entre razas complican la extrapolación de losresultados 32. A pesar de estas diferencias anatómicas y del pequeño tamaño del defecto, el modelo canino sigue siendo valioso para estudios que incluyen protocolos de rehabilitación o patologías espontáneas del cartílago similares a las humanas. Sin embargo, su uso experimental está restringido por consideracioneséticas 29.
El modelo equino es el modelo animal más grande disponible para la investigación en reparación del cartílago y desarrolla de forma natural lesiones condrales relacionadas con la edad o traumatismos y osteoartritis similares a las de los humanos33. Los caballos presentan características anatómicas y biomecánicas comparables a las humanas, como una articulación de rodilla erguida, tamaño articular grande, grosor del cartílago entre 2 y 3 mm más cercano al cartílago humano — extensión completa de rodilla durante la marcha, y densidad mineralósea comparable 34. La madurez esquelética ocurre entre los 24 y 48 meses, y los tamaños de defectos comúnmente estudiados oscilan entre 6 y 20mm 32,33. Las limitaciones incluyen la alta carga vertical sobre la articulación de la sofocante equina durante la locomoción, que expone los implantes a fuerzas mayores que en humanos y dificulta la curación a largoplazo 35. Además, los costes de adquisición y mantenimiento son elevados, y se requieren instalacionesespecializadas 36.
Las ovejas se utilizan ampliamente como modelo en estudios de reparación de cartílago debido a su disponibilidad, temperamento dócil, buena tolerancia a la cirugía articular y facilidad de manejo37. La madurez ósea en las ovejas suele alcanzarse aproximadamente alos 2-3 años de edad. Además, la rodilla ovina muestra similitudes anatómicas y biomecánicas con la articulación humanade la rodilla 38. El grosor del cartílago en el cóndilo femoral medial varía entre 0,7 y 1,7 mm, y la densidad mineral ósea y las presiones de contacto también son comparables, aunque la fracción de volumen óseo es mayor en laoveja 39. Debido a la reducción del grosor del cartílago, los defectos inducidos suelen extenderse al hueso subcondral, lo que hace que este modelo sea más adecuado para estudios de defectososteocondrales. Lesiones de 6 a 8 mm de diámetro suelen formarse en lugares como los cóndilos femorales y eltrocleo 32. Además, el modelo ovino ofrece ventajas para estudios bilaterales, permitiendo la comparación de sitios tratados y de control dentro del mismo animal, reduciendo así la variabilidad relacionada con el hospedador, mejorando la consistencia y reproducibilidad, y minimizando el número de animales necesariospara 40. Cada modelo presenta diferentes grados de similitud con la fisiología y biomecánica humanas. Por lo tanto, la selección del modelo debe equilibrar la relevancia biológica, la viabilidad práctica y las consideraciones éticas. En el presente estudio, se incluyeron ovejas nulíparas de 12 meses, evaluadas durante el periodo estacional del anestro.
Este estudio buscó diseñar un protocolo eficaz para generar defectos osteocondrales agudos en animales de gran tamaño. El protocolo consiste en crear una lesión osteocondral de espesor completo para establecer un modelo adecuado para estudios de medicina regenerativa. Además, se explora la aplicación del hidrogel GelMA como guía para la curación de tejidos y como un método prospectivo para la entrega de moléculas y células regenerativas. El protocolo detalla el procedimiento quirúrgico para crear lesiones osteocondrales en el cartílago articular de la rodilla de la oveja. Es adaptable a diversas aplicaciones de ingeniería de tejidos, incluyendo la inducción de lesiones similares en otros modelos de animales grandes para la medicina regenerativa.