Caracterización de un nuevo hidrogel para bioimpresión de cartílago articular: un estudio experimental

Abstract

[Resumen] El cartílago articular es un tejido conectivo avascular, aneural y alinfático cuya pobre capacidad para repararse favorece la aparición y progresión de patologías como la osteoartritis, un desorden caracterizado por dolor, rigidez articular y pérdida de la función. Cuenta con una incidencia en aumento, promovida por el envejecimiento poblacional y aumento de la tasa de obesidad, haciendo necesario el desarrollo de terapias eficaces a la hora de tratarla. En este contexto la bioimpresión 3D se presenta como un tratamiento innovador para la fabricación de sustitutos de cartílago articular mediante el uso de materiales como los hidrogeles, los cuales deben de ser no citotóxicos y contar con las propiedades de absorción del tejido nativo. En este estudio experimental se realizó una caracterización de un nuevo hidrogel compuesto por gellum gum y colágeno tipo II de rata, el cual fue desarrollado por el Grupo de Ingeniería de Materiales de la Universidad de Extremadura. Se evaluaron tanto su citotoxicidad mediante la realización de un ensayo MTT y su capacidad de hinchamiento mediante un ensayo Swelling. Para el primero se empleó la línea de queratinocitos HaCaT, en la que se observó una viabilidad superior al 100% en todas las concentraciones del extracto de hidrogel, lo que indica que es no citotóxico. En el segundo se observó un aumento progresivo del hinchamiento con un pico entre los días 1 y 3, además de una degradación a partir del día 5. Los hallazgos de ambos ensayos coinciden con los hallados en estudios previos y confirman la idoneidad del hidrogel para la bioimpresión de cartílago. Como investigación futura se recomienda realizar evaluaciones de citotoxicidad con líneas celulares de condrocitos, así como bioimpresión de cartílago para estudios funcionales en modelos in-vivo. [Resumo] O cartilaxe articular é un tecido conectivo avascular, aneural e alinfático cuxa escasa capacidade de rexeneración favorece a aparición e progresión de patoloxías como a osteoartrite, un trastorno caracterizado por dor, rixidez articular e perda de función. A súa incidencia está en aumento, impulsada polo envellecemento da poboación e o incremento da taxa de obesidade, o que fai necesario o desenvolvemento de terapias eficaces para o seu tratamento. Neste contexto, a bioimpresión 3D preséntase como un tratamento innovador para a fabricación de substitutos de cartilaxe articular mediante o uso de materiais como os hidroxeles, os cales deben ser non citotóxicos e contar coas propiedades de absorción do tecido nativo. Neste estudo experimental realizouse unha caracterización dun novo hidroxel composto por gellum gum e coláxeno tipo II de rata, desenvolvido polo Grupo de Enxeñaría de Materiais da Universidade de Extremadura. Avaliouse tanto a súa citotoxicidade mediante un ensaio MTT como a súa capacidade de inchamento mediante un ensaio de Swelling. Para o primeiro empregouse a liña de queratinocitos HaCaT, na que se observou unha viabilidade superior ao 100 % en todas as concentracións do extracto de hidroxel, o que indica que é non citotóxico. No segundo observouse un aumento progresivo do inchamento cun pico entre os días 1 e 3, ademais dunha degradación a partir do día 5. Os achados de ambos ensaios coinciden cos obtidos en estudos previos e confirman a idoneidade do hidroxel para a bioimpresión de cartilaxe. Como liña de investigación futura recoméndase realizar avaliacións de citotoxicidade con liñas celulares de condrocitos, así como bioimpresión de cartilaxe para estudos funcionáis en modelos in-vivo. [Abstract] Joint cartilage is an avascular, aneural, and alymphatic connective tissue whose limited self-repair capacity promotes the onset and progression of pathologies such as osteoarthritis, a disorder characterized by pain, joint stiffness, and loss of function. Its incidence is increasing, driven by population aging and rising obesity rates, highlighting the need for effective treatment strategies. In this context, 3D bioprinting emerges as an innovative therapy for the fabrication of joint cartilage substitutes through the use of materials such as hydrogels, which must be non-cytotoxic and possess the absorption properties of native tissue. In this experimental study, a new hydrogel composed of gellum gum and rat type II collagen, developed by the Materials Engineering Group at the University of Extremadura, was characterized. Both its cytotoxicity, using an MTT assay, and its swelling capacity, through a swelling assay, were evaluated. For the former, the HaCaT keratinocyte cell line was used, and a viability greater than 100% was observed at all extract concentrations, indicating non cytotoxicity. In the latter, a progressive increase in swelling was observed with a peak between days 1 and 3, followed by degradation starting on day 5. The findings of both assays are consistent with those reported in previous studies and confirm the suitability of the hydrogel for cartilage bioprinting. As future research, citotoxicity evaluations using chondrocyte cell lines as well as cartilage bioprinting for functional in-vivo studies are recommended.