Development and characterization of a nanocomposite membrane with potential properties to promote the formation of articular cartilage neotissue

Abstract

Introducción: El cartílago articular tiene una capacidad limitada de regenerarse tras sufrir una
lesión, lo que ocasiona deterioro de la función articular, generando discapacidad progresiva que
favorece el desarrollo de osteoartritis. Los andamios para ingeniería de tejidos han mostrado
potencial para regenerar cartílago, sin embargo, suelen carecer de biofuncionalidad específica.
La incorporación de nanopartículas de óxido de cerio (CeO₂), con propiedades antioxidantes, y
fibronectina (FN), que favorece la adhesión y mantiene el fenotipo condral, puede optimizar los
andamios hacia una regeneración funcional de cartílago.
Objetivo: Desarrollar y caracterizar una membrana electrohilada de policaprolactona/gelatina
(PCL/G) adicionada con nanopartículas de óxido de cerio y fibronectina, capaz de regular la
respuesta inflamatoria y mantener el fenotipo condral, con potencial para promover la formación
de un neotejido de cartílago articular.
Metodología: Se desarrollaron membranas electrohiladas de PCL/G con distintas
concentraciones de NpsCeO₂, se caracterizaron morfológica, térmica y químicamente. Se
aislaron y expandieron condrocitos humanos de tejidos remanentes de artroscopias de rodilla.
Se evaluó su biocompatibilidad mediante ensayos de viabilidad (calceína/etidio y MTT) y
adhesión celular. Se seleccionó la membrana con mejor rendimiento y se recubrió con FN en
distintas concentraciones, realizando nuevamente la caracterización físico-química y biológica.
Se evaluó la modulación inflamatoria con estímulo de IL-1β midiendo especies reactivas de
oxígeno (ROS).
Resultados: Las membranas de PCL/G/CeO₂ mostraron estructura fibrilar uniforme con
distribución tridimensional, adecuada para la adhesión y proliferación celular. Las propiedades
térmicas indicaron estabilidad en rangos compatibles con aplicaciones biomédicas. Las pruebas
de viabilidad demostraron que las NpsCeO₂ no afectaron negativamente la citocompatibilidad,
manteniendo viabilidad celular >95% y evidenciando mayor densidad celular en membranas con
CeO₂ respecto al control. En presencia de IL-1β, las membranas con CeO₂ mostraron menor
citotoxicidad y reducción en la producción de ROS comparado con controles, sugiriendo su
potencial en la modulación del microambiente oxidativo.
Conclusiones: Los andamios electrohilados PCL/G/CeO₂ desarrollados presentan propiedades
morfológicas, térmicas y biológicas adecuadas para su aplicación en regeneración de cartílago.
Las NpsCeO₂ mejoran la respuesta antioxidante. Estos resultados respaldan el uso de esta
membrana como estrategia multifuncional para la regeneración de cartílago, al regular el
microambiente inflamatorio.