Desarrollo de un microgel de gelatina y ácido hialurónico para la regeneración del cartílago articular

Abstract

[ES] La degeneración del cartílago articular, ya sea por lesiones previas o por envejecimiento, constituye la causa mayoritaria de la aparición de artrosis (u osteoartritis). Esta enfermedad es la principal lesión crónica en articulaciones en adultos, estimándose que afecta a más de 240 millones de personas. Para el tratamiento de esta degeneración existen técnicas farmacológicas y quirúrgicas, pero son altamente invasivas y no eliminan el problema. Una estrategia proactiva para evitar la aparición de artrosis es detectar la degeneración de cartílago y promover la regeneración de éste por medio de técnicas de ingeniería tisular, dentro de las técnicas regenerativas. Esta línea de trabajo sigue altamente activa actualmente y el presente TFM profundiza en una de sus técnicas.

Se pretende promover la migración de células mesenquimales de la médula ósea y su diferenciación en células del cartílago articular por medio de un microgel formado por un complejo de microesferas reticuladas de gelatina, ácido hialurónico y plasma rico en plaquetas (PRP), como biomaterial de soporte para proveer de un entorno biomecánico adecuado para la regeneración del cartílago articular. La gelatina y el ácido hialurónico están reticulados por la oxidación enzimática con peroxidasa de rábano (HRP) tras un injerto con tiramina. El PRP contiene los factores de crecimiento necesarios para la correcta diferenciación celular.

Las microesferas están sintetizadas por medio de un sistema de microfluídica utilizando aceite de oliva como fase continua. Se trabajará en la optimización del proceso de fabricación para obtener esferas que contengan PRP de forma eficiente y en su caracterización visual y reológica, asegurando que no hay microesferas superiores a 200¿m. Los resultados muestran que con las condiciones adecuadas con el equipo de microfluídica se consiguen las microesferas de un diámetro inferior a 200¿m, con una proporción de 25% gelatina, 25% ácido hialurónico y 50% PRP.

[EN] Degeneration of joint cartilage, either due to previous injury or ageing, is the major cause of osteoarthritis. Osteoarthritis is the leading chronic joint injury in adults and is estimated to affect more than 240 million people. Pharmacological and surgical techniques are available to treat this degeneration, but they are highly invasive and do not eliminate the problem. A proactive strategy to prevent the onset of osteoarthritis is to detect cartilage degeneration and promote its regeneration by means of tissue engineering techniques, within regenerative techniques. This line of work is still highly active today and this master thesis explores one of its methods in more depth.

The aim is to promote the migration of bone marrow mesenchymal cells and their differentiation into articular cartilage by means of a microgel formed by a cross-linked complex of microspheres made of gelatine, hyaluronic acid, and platelet-rich plasma (PRP), as a support biomaterial to provide a biomechanical environment suitable for the regeneration of articular cartilage. Gelatine and hyaluronic acid are cross-linked by the mechanism of enzymatic oxidation with horseradish peroxidase (HRP) after being grafted with tyramine molecules. The PRP contains the growth factors necessary for proper cell differentiation.

The microspheres are synthesised using a microfluidic system involving olive oil as a continuous phase. One of the goals is the optimisation of the manufacturing process to obtain spheres containing PRP efficiently and the visual and rheological characterization, so that there are no microspheres over 200¿m. In the synthesis, results showed that under certain conditions in the microfluidic device the microspheres have a diameter of less than 200¿m, with a proportion of 25% gelatine, 25% hyaluronic acid and 50% PRP.

[CAT] La degeneració del cartílag articular, ja siga per lesions prèvies o per envelliment, constitueix la causa majoritària de l'aparició d'artrosi (u osteoartritis). Aquesta malaltia és la principal lesió crònica en articulacions en adults, estimant-se que afecta més de 240 milions de persones al món. Per al tractament d'aquesta degeneració existeixen tècniques farmacològiques i quirúrgiques, però són altament invasives i no eliminen el problema. Una estratègia proactiva per a evitar l'aparició d'artrosi és detectar la degeneració de cartílag i promoure la regeneració d'aquest per mitjà de tècniques d'enginyeria tissular, dins de les tècniques regeneratives. Aquesta línia de treball continua altament activa actualment i el present TFM aprofundeix en una de les seues tècniques. Es pretén promoure la migració de cèl·lules mesenquimals de la medul·la òssia i la seua diferenciació en cèl·lules del cartílag articular per mitjà de microgel format per un complex de microesferes reticulades de gelatina, àcid hialurònic i plasma ric en plaquetes (PRP), com a biomaterial de suport per a proveir d'un entorn biomecànic adequat per a la regeneració del cartílag articular. La gelatina i l'àcid hialurònic estan reticulats pel mecanisme d'oxidació enzimàtica amb peroxidasa de rave (HRP) després d'un empelt amb tiramina. El PRP conté els factors de creixement necessaris per a la correcta diferenciació cel·lular. Les microesferes estan sintetitzades per mitjà d'un sistema de microfluídica utilitzant oli d'oliva com a fase contínua. Es treballarà en l'optimització del procés de fabricació per a obtindre esferes que continguen PRP de manera eficient, i es farà una caracterització visual i reològica per assegurar que les microesferes no siguen majors a 200μm. Els resultats proven que en les correctes condicions de l’equip de microfluídica les microesferes són d'un diàmetre inferior a 200μm, amb una proporció de 25% gelatina, 25% àcid hialurònic i 50% PRP.