2023, Número 1
Aplicaciones de colágeno en la cirugía de columna
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10.35366/111052
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Idioma: Español
Referencias bibliográficas: 16
Paginas: 38-41
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RESUMEN
La proteína más abundante del cuerpo humano es el colágeno. Ésta ha sido aprovechada por sus características físicas, químicas y biológicas para diferentes aplicaciones médicas. En esta revisión se enumeran brevemente las diferentes fuentes de su cosecha, asimismo se revisan de forma concisa los diferentes dispositivos hechos con la misma aprovechados en la cirugía de columna. Finalmente, se hace una diferencia de los resultados obtenidos dado el origen de la proteína y se propone como una alternativa, que se debe explorar el uso de dispositivos basados en colágeno humano.INTRODUCCIóN
El colágeno, en particular, es la proteína más abundante, llega a comprender hasta 90% de las proteínas del cuerpo. De la misma forma, desempeña funciones importantes como brindar estructura, flexibilidad y fuerza mecánica a los tejidos, señalización celular y desempeña un rol importante en los procesos de reparación y regeneración tisular. Aunado a lo anterior, el colágeno es conocido por su baja inmunogenicidad, lo que disminuye la probabilidad de rechazo en su aplicación médica. Por lo que este conjunto de características físicas, químicas y biológicas lo vuelven uno de los principales biomateriales de aplicación médica desde hace varios años.1-3 En la presente revisión se busca observar las posibles ventajas del colágeno humano por encima del resto de las fuentes de colágeno para su aplicación médica en específico para cirugías de columna.
TIPOS DE COLáGENO Y PROPIEDADES
Existen cerca de 28 tipos distintos de colágeno, los cuales varían en distribución y cantidad en los tejidos del cuerpo, siendo el colágeno tipo I el más abundante. Sin embargo, los cinco tipos de mayor aplicación y caracterización se presentan en la Tabla 1.
ANIMAL
Se han descrito diversas fuentes para la obtención de colágeno tales como porcino, bovino, equino, aves y especies marinas a partir de diferentes tejidos. En el caso del colágeno de origen bovino y porcino, a pesar de ser los más usados a gran escala en diversas industrias, presentan el riesgo de zoonosis y de suscitar una respuesta inmunológica durante su aplicación, ya que al tratarse de un xenoinjerto, la biocompatibilidad disminuye. En particular, el colágeno derivado de bovino conlleva posibles riesgos tales como la posibilidad de transmitir enfermedades como la encefalopatía espongiforme y la presencia de proteínas de suero bovino que pueden causar una reacción alérgica en personas susceptibles, lo cual ha provocado un creciente interés por fuentes alternativas de colágeno que sean más seguras como tejidos humanos y de animales marinos.4,5
Sin embargo, en varios estudios realizados con colágeno de animales marinos se ha presentado degradación de las fibras por medio de los procesos de extracción más comunes o eficaces y desnaturalización de la molécula a temperaturas bajas de 20 o 30 oC en comparación con el colágeno bovino, porcino o humano, que son capaces de soportar las condiciones de procesamiento y alcanzar temperaturas de desnaturalización por encima de los 40 oC.6,7 A pesar de los riesgos y/o bajas prestaciones que puede llegar a presentar el colágeno derivado de fuentes animales, la mayoría de las aplicaciones se enfocan en este tipo de colágenos debido a su alta disponibilidad de materia prima, bajo costo y existente regulación.8
RECOMBINANTE
El colágeno recombinante se ha trabajado a partir de células animales, insectos, plantas y levaduras. Sin embargo, en su mayoría existen reportes de extracción de este tipo de colágeno en plantas como tabaco, maíz transgénico y cebada. Con respecto a su aplicación se tiene información de su uso en hueso, ojos y piel en forma de esponjas, geles o fibras resultando ser de mayor eficacia en comparación con los resultados que utilizan colágeno animal. Por desgracia, la mayor desventaja de este tipo de fuentes es su alto costo de producción y los bajos rendimientos de extracción en comparación con lo obtenido de tejidos animales. Además de que llega a haber carencia de cofactores naturales que favorezcan la estabilidad de la molécula y permitan generar señalización entre las células para la regeneración de tejido en los sitios de implantación (Figura 1).9,10
HUMANO
El colágeno humano no presenta estos inconvenientes y ha demostrado ser el más eficaz respecto a la compatibilidad celular al promover una buena morfología, adhesión, proliferación, diferenciación y migración celular; posee mejores propiedades mecánicas y se sugiere que podría formar interacciones y conformaciones de cadena más versátiles debido a los marcadores naturales que presenta. Adicionalmente, se ha demostrado que el colágeno de membrana amniótica tiene características bioquímicas similares al colágeno proveniente de otras fuentes; además posee un tipo de colágeno único (tipo IV), que mejora la adherencia del material.1,11
COLáGENO EN CIRUGíA DE COLUMNA
La aplicación del colágeno en intervenciones de columna ha causado una gran respuesta debido a las propiedades innatas del biomaterial como su biocompatibilidad, degradación no tóxica y propiedades mecánicas dando como resultado varios dispositivos que, en comparación con las soluciones comúnmente utilizadas para el recubrimiento de la columna, obtienen una cicatrización limpia y sin adhesión entre los tejidos involucrados.
MEMBRANA AMNIóTICA: ALOINJERTO BASADO EN COLáGENO
El uso de esta membrana basal se ha demostrado en procedimientos para la prevención de formación de adhesiones en intervenciones de columna. Debido a que la membrana amniótica está compuesta principalmente por colágeno, se ha comprobado la ausencia de adhesión entre los tejidos durante el proceso de cicatrización en los sitios de implantación.
Los productos de membrana amniótica, además de actuar como una barrera mecánica, han demostrado inhibir el proceso de inflamación y por consiguiente, reducir la vascularización y la formación de fibrosis. Asimismo, debido a la naturaleza biológica de estos productos, no evocan una reacción inmunológica.
En un caso clínico, a tres pacientes se les implantó un injerto de membrana amniótica entre la duramadre y los músculos paraespinales superpuestos durante un procedimiento de fusión para limitar la formación de fibrosis epidural y de adhesiones cicatriciales. Durante el seguimiento, ninguno de los pacientes presentó adhesiones, fugas de líquido cefalorraquídeo y el injerto no formó tejido fibrótico del lado de la duramadre, pudiendo ser retirado fácilmente.12,13
ESPONJA O ANDAMIO DE COLáGENO BOVINO PARA RECUBRIMIENTO DE ESPINA PARA PREVENIR LA FIBROSIS EPIDURAL
La esponja de colágeno bovino Duragen Plus® ha comprobado ser efectivo en la prevención de fibrosis epidural en modelos animales en intervenciones de columna, contrario a lo presentado al utilizar dispositivos de grasa que se han asociado con la generación de tejido cicatrizante.
Durante un estudio clínico (NCT00387829) se evaluó la seguridad y eficacia de Duragen Plus® como barrera de adhesión en cirugía espinal para reducir la extensión de la formación de la fibrosis epidural y dolor radicular. Después de seis meses se observó una mejora en los parámetros de imagen por resonancia magnética (MRI) para medir la relación del espacio total disponible respecto al tejido cicatrizado, en el puntaje del cuestionario de discapacidad de Oswestry (ODI), y en la escala de evaluación del dolor (VAS) en los pacientes con el implante de Duragen (MRI = 12.375 (0.499); ODI = 6.974 (0.629); VAS = 14.010 (1.610)), en comparación con el grupo control (MRI = 12.578 (0.517); ODI = 7.118 (0.639); VAS = 16.696 (1.646)).
Esta misma tendencia se mantiene durante el seguimiento a los 12 meses; Duragen: MRI = 10.046 (0.519); ODI = 6.048 (0.625); VAS = 12.926 (1.612). Grupo control: MRI = 9.788 (0.534); ODI = 6.890 (0.633); VAS = 14.378 (1.633).11
BIOSCAFF H, MATRIZ O ESPONJA DE COLáGENO HUMANO
La esponja de colágeno humano Bioscaff H menciona una alternativa de uso en laminectomía lumbar para evitar la fibrosis lumbar. Esta prevención está sustentada por la mayor biocompatibilidad dada la fuente alogénica. Asimismo, se ha demostrado que la respuesta de leucocitos primarios cultivados in vitro, en contacto por 72 horas con colágeno humano y colágeno bovino, genera menor liberación de interleucina 1-Beta (humano 47.48 pg/ml y bovino 102.09 pg/ml) y factor de necrosis tumoral alfa (humano 563.9 pg/ml y bovino 887.3 pg/ml) en aquéllos que fueron expuestos al colágeno humano. Finalmente, esto sugiere menor respuesta inflamatoria con una posible promoción de la regeneración sobre la cicatrización cuando se usa Bioscaff H.14
FUTURAS APLICACIONES
Una de las principales alternativas que se tiene actualmente para el uso de colágeno en la industria médica es la generación de biotintas, las cuales tienen múltiples aplicaciones al ser una tecnología capaz de producir soluciones para tejidos específicos al generar andamios para sitios específicos. Además de poder incrementar las prestaciones mecánicas del colágeno al alinear el material y conjugarlo con diferentes biomateriales y hasta células.12,15,16
CONCLUSIóN
Como biomaterial el colágeno es uno de los materiales más prometedores que presenta excelentes propiedades como biocompatibilidad, biodegradación, buenas propiedades mecánicas y actividad celular. Estas propiedades han demostrado que los andamios a base de colágeno son los más adecuados para las aplicaciones biomédicas, incluidas la curación de heridas, ingeniería de tejidos, recubrimiento de superficie en dispositivos médicos y medicina regenerativa, además de tener una ventaja diferenciada en su uso para intervenciones de columna al no generar adhesión entre los tejidos con perspectivas. Finalmente, es importante considerar que las fuentes de colágeno (origen) podrían interferir en la respuesta clínica, ya que algunas presentan respuestas inflamatorias dada su fuente de obtención.14
REFERENCIAS (EN ESTE ARTÍCULO)
Duncan, J. Clinical experience with allowrap1 ds amniotic membrane used as a barrier to minimize adhesions following spinal surgery. Clinical Report Series. [Retrieved April 14, 2023] Available in: https://allosource.org/wp-content/uploads/2020/08/AlloWrap-Clinical-Series-Vol-4-Minimize-Adhesions-Post-Spinal-Surgery.pdf
Aguillon-Estrada BK, Cardoso-Hernández GA, Miramontes-Beas E, Rojas-García O, Camacho-Pérez B, Aguilar-Alemán JP. Allogenic collagen dural substitute such as novel alternative of synthetic and xenogenic dural graft on neurosurgical procedures. 6th World Congress of the Tissue Engineering and Regenerative Medicine International Society.
AFILIACIONES
1 Ingeniero. Top Health SAPI de CV. ORCID: 0009-0002-2221-9727
2 Ingeniero. Top Health SAPI de CV. ORCID: 0000-0003-4647-7202
3 Doctor. Top Health SAPI de CV. ORCID: 0000-0001-9860-8185
4 Doctor. Tecnológico de Monterrey Escuela de Ingeniería y Ciencias. Top Health SAPI de CV. ORCID: 0000-0002-0208-408X
Conflicto de intereses: los autores declaran que no existe conflicto de intereses alguno.
CORRESPONDENCIA
Juan Pablo Aguilar-Alemán. E-mail: jp.aguilar@tec.mxRecibido: 15 de Abril de 2023. Aceptado: 16 de Abril de 2023.