ligamento artificial

Los ligamentos artificiales son dispositivos que se utilizan para reemplazar ligamentos dañados . Hoy en día, el uso más común de los ligamentos artificiales es en la reconstrucción del ligamento cruzado anterior . ^{[ 1 ]} Aunque el autotrasplante sigue siendo el método más común de reconstrucción de ligamentos, se han desarrollado numerosos materiales y estructuras para optimizar el ligamento artificial desde su creación en la época de la Primera Guerra Mundial . ^{[ 2 ]} Muchos ligamentos artificiales modernos están hechos de polímeros sintéticos, como el tereftalato de polietileno . ^{[ 3 ]} Se han añadido varios recubrimientos para mejorar la biocompatibilidad de los polímeros sintéticos. ^{[ 3 ]} Los primeros ligamentos artificiales desarrollados en la década de 1980 fueron ineficaces debido al deterioro del material. ^{[ 4 ]} Actualmente, el ligamento artificial Ligament Advanced Reinforcement System (LARS) se ha utilizado ampliamente en aplicaciones clínicas. ^{[ 5 ]} La ingeniería de tejidos es un área de investigación en crecimiento que tiene como objetivo regenerar y restaurar la función de los ligamentos. ^{[ 2 ]}

La investigación sobre ligamentos artificiales comenzó en la época de la Primera Guerra Mundial . ^{[ 2 ]} En el primer caso documentado de un ligamento artificial en 1914, el Dr. Corner utilizó un trozo de filamento de plata como injerto sintético para reconstruir un ligamento cruzado anterior ( LCA ) roto. ^{[ 2 ]} En 1918 se utilizó un ligamento de seda para reemplazar un LCA. ^{[ 2 ]}

A principios de la década de 1980, el progreso tecnológico en química y ciencia de los materiales impulsó el desarrollo de materiales médicamente adecuados. Los médicos utilizaron estos materiales sintéticos en aplicaciones clínicas. La Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) aprobó un ligamento artificial hecho de Gore-Tex para su uso en la reconstrucción del ligamento cruzado anterior (LCA) en 1986. ^{[ 6 ]}

El diseño de los ligamentos artificiales en la década de 1980 consistía en dos partes principales: un cable o cinta relativamente rígido y cilindros de caucho de silicona en uno o ambos extremos. ^{[ 2 ]} El cable o cinta generalmente estaba hecho de polietileno , nailon o fibra de carbono . El cilindro de caucho de silicona variaba de tamaño para adaptarse a pacientes de diferentes tamaños. ^{[ 2 ] [ 7 ] [ 1 ]} Teóricamente, la flexibilidad del caucho de silicona permitiría cierta deformación bajo cargas relativamente bajas, y el ligamento artificial se rigidizaría para mantener su forma bajo cargas más altas. ^{[ 7 ] [ 1 ]} En la práctica, este diseño nunca logró su objetivo de imitar la propiedad de un ligamento natural. ^{[ 8 ]} El rendimiento mecánico de los ligamentos artificiales era inadecuado para una aplicación clínica generalizada. A largo plazo, se produjo pérdida de rendimiento, complicaciones y fallas. ^{[ 8 ]}

El deterioro del material contribuyó a la ineficacia de los primeros ligamentos artificiales. ^{[ 4 ]} Los problemas se presentaban en los meses y años posteriores al tratamiento. ^{[ 2 ] [ 4 ]} JE Paulos indicó en un informe sobre el uso de Gore-Tex en la reconstrucción del LCA : "Los primeros resultados de la prótesis de Gore-Tex utilizada para la reconstrucción del LCA mostraron bajas tasas de fallo. Desafortunadamente, con un seguimiento prolongado, nuestra tasa de complicaciones continúa aumentando. Siguen ocurriendo fallos mecánicos, derrames e infecciones". ^{[ 2 ]} En ese momento, los materiales utilizados en los ligamentos artificiales no podían mantener un rendimiento mecánico adecuado. ^{[ 2 ] [ 4 ]} Para muchos de estos materiales, su rendimiento mecánico disminuyó a largo plazo. ^{[ 1 ] [ 8 ] [ 4 ]}

El uso principal de los ligamentos artificiales modernos es en la reconstrucción del ligamento cruzado anterior . Muchos ligamentos artificiales buscan imitar o superar el rendimiento del LCA nativo . ^{[ 5 ]} El rendimiento mecánico de un ligamento artificial puede caracterizarse por la resistencia a la abrasión , soportar la fatiga por flexión y rotación , ^{[ 2 ]} y prevenir el deslizamiento o la ruptura del injerto. ^{[ 9 ]} La biocompatibilidad es importante para el rendimiento del ligamento artificial in vivo . ^{[ 3 ]} La biocompatibilidad está relacionada con el crecimiento de tejido nuevo, ^{[ 10 ]} la migración de fibroblastos, la osteointegración del hueso, la reducción de la inflamación , la prevención de la infiltración de tejido cicatricial y la mejora de la hidrofilia. ^{[ 3 ]} Se ha demostrado que el crecimiento de tejido y la migración de fibroblastos mejoran la resistencia mecánica del ligamento artificial, ^{[ 10 ]} y la osteointegración con el hueso circundante puede reducir la probabilidad de deslizamiento del injerto. ^{[ 9 ]} Muchos ligamentos artificiales están diseñados para minimizar la inflamación y la infiltración de tejido cicatricial porque pueden dificultar la resistencia mecánica y causar la ruptura del injerto. ^{[ 3 ]} El diseño de ligamentos artificiales busca mejorar la hidrofilia porque la hidrofobicidad puede desencadenar la respuesta natural del huésped a los cuerpos extraños. ^{[ 3 ]}

El ligamento de refuerzo avanzado (LARS) es un ligamento artificial líder en la cirugía de reparación del LCA. Están hechos de tereftalato de polietileno (PET). ^{[ 3 ]} Constan de una porción intraósea y una porción intraarticular. La sección intraósea consta de fibras longitudinales delimitadas por una estructura transversal tejida. Esta estructura tejida puede ayudar a prevenir la deformación y la abrasión. ^{[ 5 ] [ 11 ]} La porción intraarticular está hecha de fibras longitudinales pretorcidas en un ángulo de 90 grados. Esta sección está diseñada para resistir la fatiga y promover el crecimiento de tejido. ^{[ 5 ]} Los ligamentos Leeds Keio consisten en una estructura de malla de poliéster . Busca imitar las propiedades mecánicas del LCA nativo. La naturaleza porosa del ligamento puede promover el crecimiento de tejido, lo que ha demostrado mejorar las propiedades mecánicas. ^{[ 5 ]} El injerto artificial PGA Dacron consta de 75 % de ácido poliglicólico biodegradable trenzado y 25 % de hilo Dacron permanente . ^{[ 11 ]} El ligamento artificial Kennedy LAD está hecho de cintas de polipropileno . Está diseñado para promover el crecimiento de tejido y la transferencia progresiva de carga al nuevo ligamento. ^{[ 10 ]}

El LCA nativo de un ser humano tiene una resistencia a la tracción del orden de kilonewtons, ^{[ 3 ]} y una elongación a la rotura de aproximadamente el 10%. ^{[ 10 ]} Las propiedades mecánicas del LCA nativo varían en toda la población humana. La resistencia del LCA de un niño tiende a ser mayor que la de un adulto. ^{[ 10 ]} Los ligamentos artificiales PGA Dacron tienen una resistencia a la tracción máxima cercana a 3500 N y una elongación máxima media de aproximadamente el 20%. ^{[ 10 ]} Los ligamentos LAD de Kennedy tienen una resistencia a la tracción a la rotura de aproximadamente 1500 N y una rigidez aproximada de 50 N/mm. ^{[ 10 ]} Los ligamentos artificiales Leeds-Keio tienen una resistencia a la tracción máxima cercana a 2000 N y una rigidez de alrededor de 250 N/mm después del crecimiento de tejido. ^{[ 10 ]} Los ligamentos artificiales LARS tienen propiedades mecánicas variables dependiendo de la cantidad de fibras utilizadas. Un ligamento de mayor calibre tendrá una mayor resistencia a la tracción. Durante las pruebas, un ligamento LARS de calibre 60 mostró una resistencia a la tracción máxima de 2500 N, mientras que un ligamento de calibre 120 mostró una resistencia a la tracción de 5600 N. ^{[ 5 ] [ 12 ]} Se ha demostrado que el tejido engrosado mejora las propiedades viscoelásticas y reduce la fricción. ^{[ 5 ]}

Se han añadido recubrimientos a los ligamentos artificiales para mejorar su biocompatibilidad. Se ha demostrado que los recubrimientos de biovidrio 58S e hidroxiapatita mejoran la osteointegración y la actividad celular in vitro y en estudios con animales ^{[ 3 ]} cuando se depositan sobre ligamentos de PET utilizando el método de inmersión. ^{[ 2 ] [ 3 ]} Se ha demostrado que los tratamientos de superficie de hidroxipropilcelulosa mejoran la osteointegración de los ligamentos de PET en estudios con animales. ^{[ 2 ]} El PET sin recubrimiento es hidrofóbico, por lo que los recubrimientos están diseñados para mejorar la hidrofilicidad. ^{[ 3 ]} Los recubrimientos de ácido hialurónico pueden reducir la hidrofobicidad y se ha demostrado que reducen la formación de tejido cicatricial y la inflamación in vivo. ^{[ 3 ]} Los recubrimientos compuestos de ácido hialurónico y quitosano se pueden depositar sobre superficies de ligamentos artificiales mediante la técnica capa por capa, y se ha demostrado que mejoran la formación de hueso nuevo en la interfaz del ligamento en ratones. ^{[ 9 ]} El quitosano se utiliza para reducir la hidrofobicidad y mejorar la osteointegración y la deposición mineral, mientras que el ácido hialurónico promueve la diferenciación y el crecimiento celular. ^{[ 9 ]} Se ha demostrado en estudios con animales que los recubrimientos de poli(estireno sulfonato de sodio) mejoran la funcionalidad de la rodilla y la imitación del LCA nativo. ^{[ 2 ] [ 13 ]}

El ligamento cruzado anterior (LCA) es una estructura del cuerpo humano que se lesiona con frecuencia y que, sin tratamiento médico, puede causar daños secundarios en las rodillas, como desgarros meniscales y degeneración del cartílago articular. La reconstrucción del LCA es una técnica comúnmente practicada para las lesiones del LCA, realizada en el 30 % de los pacientes, que logra restaurar la estabilidad de la rodilla. ^{[ 2 ] [ 14 ]} Las reconstrucciones tradicionales del LCA utilizan autoinjertos o aloinjertos que requieren un largo tiempo de rehabilitación y, en la mayoría de los casos, desarrollan morbilidad en la zona donante a largo plazo. ^{[ 11 ]}

El interés inicial en los ligamentos artificiales llevó a la implementación de tejido no humano, como los ligamentos Proplast hechos de teflón y fibras de carbono y Polyflex hecho de polipropileno . ^{[ 10 ] [ 15 ]} Los resultados demostraron poca resistencia a las fuerzas de torsión. ^{[ 11 ]} Aprobada por la FDA en 1986 y adoptada en clínicas más tarde, la prótesis de ligamento cruzado Gore-Tex demostró bajas tasas de falla mecánica pero altas tasas de ruptura en el seguimiento. ^{[ 16 ]} Gore-Tex fue entonces abandonado en la cirugía del LCA y luego se adoptó el ligamento Leeds-Keio (LK). En la investigación de seguimiento a largo plazo posterior, el ligamento LK demostró un rendimiento prometedor al principio, pero aún mostró bajas tasas de estabilidad en 2 años y mayores cambios degenerativos en comparación con su articulación opuesta en una década. ^{[ 17 ] [ 18 ]} En el siglo XXI, el ligamento Ligament Advanced Reinforcement (LARS) se convirtió en el ligamento artificial más popular en el mercado. Los ligamentos LARS no solo proporcionan resultados satisfactorios inicialmente, sino que tampoco presentan diferencias en su rendimiento durante al menos 2 años. ^{[ 19 ]} Los ligamentos LARS demuestran mayor estabilidad y menor tasa de morbilidad en comparación con el autoinjerto en investigaciones a corto plazo y, en un estudio de 9 años, el ligamento LARS mostró una tasa de supervivencia del 100 %. ^{[ 5 ]} Los injertos sintéticos del LCA siempre desarrollan deformación plástica, fatiga y fallo, por lo que la demanda de injertos sintéticos con suficiente suministro, propiedades mecánicas satisfactorias y baja tasa de morbilidad es esencialmente alta. ^{[ 5 ]} Actualmente, el ligamento LARS es el más comparable tanto a los autoinjertos como a otros injertos sintéticos. ^{[ 5 ]}

Las complicaciones que suelen presentarse en los ligamentos artificiales después de los primeros diez años son rotura, desgaste, sinovitis, inestabilidad recurrente, osteólisis y derrames crónicos. ^{[ 10 ]} Las complicaciones no suelen aparecer inmediatamente después de la cirugía ni tras un período relativamente corto, y en algunos casos, comienzan a manifestarse después de los primeros diez años. Se requiere investigación de seguimiento para estudiar el rendimiento de ciertos materiales sintéticos para ligamentos artificiales y para monitorizar la salud de los pacientes. ^{[ 10 ]} Las tasas de rotura se registran generalmente entre los 2 y los 5 años. ^{[ 10 ]}

Aunque el futuro de los ligamentos artificiales es incierto, los principales investigadores en ingeniería de tejidos buscan regenerar y reparar el ligamento para restaurar su función normal. ^{[ 2 ]}   La ingeniería de tejidos del LCA se basará en la curación del ligamento colateral medial (LCM), ya que el LCA no se cura de forma natural. ^{[ 2 ]}  Se utilizará una célula semilla en la ingeniería de tejidos para la reparación de los ligamentos del LCA. La célula semilla debe tener ciertas características: ser fácilmente accesible, tener una gran capacidad de proliferación y ser eficiente en la elaboración de una matriz extracelular madura . Las células madre, como las células madre mesenquimales derivadas de la médula ósea , las células madre derivadas del tejido adiposo, las células madre perivasculares y los fibroblastos del prepucio humano, se utilizan comúnmente en la ingeniería de tejidos. ^{[ 2 ]}