Biomimetic hydroxyapatite coating on pore walls improves osteointegration of poly(L-lactic acid) scaffolds.

Polymer-ceramic composites obtained as the result of a mineralization process hold great promise for the future of tissue engineering. Simulated body fluids (SBFs) are widely used for the mineralization of polymer scaffolds. In this work an exhaustive study with the aim of optimizing the mineralization process on a poly(L-lactic acid) (PLLA) macroporous scaffold has been performed. We observed that when an air plasma treatment is applied to the PLLA scaffold its hydroxyapatite nucleation ability is considerably improved. However, plasma treatment only allows apatite deposition on the surface of the scaffold but not in its interior. When a 5 wt % of synthetic hydroxyapatite (HAp) nanoparticles is mixed with PLLA a more abundant biomimetic hydroxyapatite layer grows inside the scaffold in SBF. The morphology, amount, and composition of the generated biomimetic hydroxyapatite layer on the pores' surface have been analyzed. Large mineralization times are harmful to pure PLLA as it rapidly degrades and its elastic compression modulus significantly decreases. Degradation is retarded in the composite scaffolds because of the faster and extensive biomimetic apatite deposition and the role of HAp to control the pH. Mineralized scaffolds, covered by an apatite layer in SBF, were implanted in osteochondral lesions performed in the medial femoral condyle of healthy sheep. We observed that the presence of biomimetic hydroxyapatite on the pore's surface of the composite scaffold produces a better integration in the subchondral bone, in comparison to bare PLLA scaffolds.

Identification of signalling pathways triggered by changes in the mechanical environment in rat chondrocytes.

AIM: The aim of this work was to determine the pathways implicated in the mechanosensing of chondrocytes. METHODS: Rat chondrocytes were cultured in collagen hydrogels of different stiffness (2-20 Pa) in normoxia and hypoxia, in monolayer and embedded inside hydrogels. First, chondrocyte were cultured on hydrogels in the presence of antibodies to block integrins. Second, custom RT-PCR array plates and western blot were used to detect changes in expression of genes implicated in downstream signalling pathways. RESULTS: The results allowed us to demonstrate the mechanosensing of chondrocytes for changes in stiffness in the range of Pascals. We also identified Non-Muscle Myosin II (NMMII) and integrins α1, ß1 and ß3 as participants in the mechanosensing, since their blockade inhibits the sensing of the stiffness, and they are up-regulated in the process. RT-PCR arrays and western blot detected up-regulation of Paxillin, RhoA, Fos, Jun and Sox9. We detected no expression of Src in the monolayer cultures, but we found a role for this protein in 3D. The expression of HIF-1α was not modified under normoxia but was found to participate under hypoxia. Focal Adhesion Kinase (FAK), showed a direct relationship with the expression of Aggrecan in hypoxia and an inverse one in normoxia. Finally, immunofluorescence analysis located the expression of factors AP-1, Sox-9 and HIF-1α inside the cell nuclei and RhoA, Src, Paxillin and FAK close to the cytoplasmic membrane. CONCLUSIONS: We determined here some of the genes that are up-regulated during the process of chondrocyte mechanosensing.

Expresión génica de cartílago articular conservado en diferentes condiciones y tratado con factores de crecimiento / Gene expression of joint cartilage preserved under different conditions and treated with growth factors

Objetivo. Analizar la expresión génica de factores anabólicos y catabólicos en cultivos de condrocitos obtenidos de cartílago, conservado a diferentes temperaturas, con distintos medios de conservación y tratados con diferentes factores de crecimiento. Material y método. Se cultivaron condrocitos de cartílago femoral distal de cordero joven conservado: a 4 ºC sin criopreservador; 4 ºC con PBS; 4 ºC con DMEM; -80 ºC sin criopreservador; -80 ºC con glicerol al 10%; y -80 ºC con DMSO al 10%. También se cultivó cartílago artrósico y viejo. Con las células cultivadas se efectuaron ensayos de RT-PCR con 10 ng de ARN por cada reacción y 20 nmoles de cada uno de los dos cebadores y fueron tratadas con diferentes factores de crecimiento (factor transformante de crecimiento β [TGF-β], factor de crecimiento fibroblástico [FGF-a], IGF-1, OP-1(R)). Las reacciones de RT-PCR fueron analizadas mediante electroforesis en geles de agarosa. Resultados. Los mejores resultados fueron en muestras cultivadas a 4 ºC con PBS; en el cartílago viejo disminuyó la expresión de todos los factores anabólicos, excepto el agrecano. El cartílago almacenado a -80 ºC con glicerol o DMSO expresó mayor cantidad de factores catabólicos. Al añadir los factores de crecimiento aumentó la expresión de TGF-β y se mantuvieron niveles de MMP-2 semejantes al grupo control. La mejor respuesta se obtuvo con OP-1(R), FGF-a e IGF-1. Conclusión. El cartílago almacenado a -80 ºC expresa mayor cantidad de factores catabólicos que el cartílago conservado a 4 ºC

Purpose. To analyze the gene expression of anabolic and catabolic factors in chondrocyte cultures obtained from cartilage preserved at different temperatures, using different preservation media and treated with growth factors. Material and methods. A culture was made of a young lamb's distal femoral cartilage preserved at 4 ºC without a cryopreservative agent, at 4 ºC with PBS, at 4 ºC with DMEM, at -80 ºC without a cryopreservative agent, at -80 ºC with 10% glycerol and -80 ºC with 10% DMSO. An additional culture was made of osteoarthritic and old cartilage. RT-PCR analyses were conducted of the cultured cells with 10 ng of RNA per reaction and 20 nmols of each of the two primers; the cells were also treated with growth factors (TGF-β, FGF-a, IGF-1, OP-1(R)). RT-PCR reactions were evaluated by means of electrophoresis in agarose gels. Results. The best results were obtained for samples cultured at 4 ºC with PBS; in old cartilage a reduction was observed in the expression of all anabolic factors, except agrecan. Cartilage stored at -80 ºC, with glycerol or DMSO, expressed a higher amount of catabolic factors. On adding growth factors, an increase was registered in the expression of TGF-β while MMP-2 levels remained unchanged, at the same level as those of the control group. The best response was obtained with OP-1(R), FGF-a and IGF-1. Conclusion. Cartilage stored at -80 ºC expresses a higher amount of catabolic factors than cartilage preserved at 4º (AU)

Análisis de la presencia de TGF-Beta1, BMP-7, MMP-2 y PEDF en distintas matrices óseas desmineralizadas / Analysis of TGF-Beta1, BMP-7, MMP-2 and PEDF presence in different demineralized bone matrices

Objetivo: Estudiar las proteínas de la matriz ósea desmineralizada, obtenidas de distintos donantes humanos y zonas óseas. Material y métodos: Se utilizaron matrices óseas desmineralizadas procedentes de hueso esponjoso granulado, cortical con esponjoso, cortical de tibia, cortical de fémur, cortical de peroné y de hueso esponjoso fragmentado. Se realizó un extracto de proteínas totales que fueron analizadas mediante western blot del factor de crecimiento transformante o TGF-Beta1, la proteína morfogénica ósea BMP-7, la metaloproteasa MMP-2 y el factor antiangiogénico PEDF (factor derivado del epitelio pigmentado). Resultados: Todas las matrices óseas resultaron positivas para la presencia de las 4 proteínas estudiadas, no obstante los niveles de éstas resultaron diferentes en las matrices empleadas. La matriz de hueso cortical presentó menor cantidad de TGF-Beta1, BMP-7 y PEDF. Conclusión: La presencia de proteínas inhibidoras (PEDF) o que favorecen la angiogénesis (MMP-2), apoya la hipótesis de la participación del proceso de formación de vasos en la osteoinducción por parte de este tipo de matrices. Así mismo, el tipo de matriz puede ser determinante en la inducción de la reparación de defectos óseos utilizando matrices óseas desmineralizadas

Aim: To study the osteoinduction capacity of different demineralized bone matrices obtained from different human bone fragments. Material and methods: Demineralized bone matrices obtained from trabecular granulated bone, trabecular and cortical bone, cortical bone from tibia, cortical bone from femur, cortical bone from fibula, and chips from trabecular bone, were used. We performed a total protein extract by digesting the matrix with collagenase, and used it in western blot experiments to analyze the presence of transforming growth factor TGF-Beta1, bone morphogenetic protein BMP-7, metaloproteinase MMP-2 and antiangiogenic factor PEDF or Pigment epithelium-derived factor. Results: All bone matrices were positive for the presence of the 4 proteins studied, nevertheless, the level of these proteins was different in the matrices employed. Conclusion: The presence of proteins that inhibit (PEDF) or facilitate (MMP-2) angiogenesis supports the participation of the process of new vessel formation in the osteoinduction exerted by these kind of matrices. In addition, the type of matrix may be a key factor in the repairing of bone defects using demineralized bone matrices

Efecto del trefinado sobre la estructura del menisco: estudio experimental / Effects of trephination on the structure of the meniscus: experimental study

Objetivo. Analizar la evolución del efecto del trefinado sobre el menisco. Material y método. Se estudió la evolución del trefinado en 12 corderos, divididos en tres grupos, de 4 animales cada uno, según el tratamiento seguido: grupo I: control, inyectando suero fisiológico; grupo II: inyección de Matrigel® (300 μl, BD Biosciences®), y grupo III: inyección de Healon® (850 μl de ácido hialurónico 10 mg/ml, Pharmacia & Upjohn). Los animales se sacrificaron a las 6 semanas, estudiando los meniscos histológicamente. Resultados. El trefinado con inyección de diferentes sustancias no demostró ser efectivo. Estimulaba la formación fibrosa desde la cápsula con rica celularidad y los canales de trefina quedaron sin reconstruir y sin conseguir la unión de los fragmentos. No apreciamos estimulación con los diferentes grupos utilizados, pues todos los cambios se observaron en el fragmento unido a la cápsula. No observamos cambios en el fragmento libre que, por otra parte, siempre se soltaba al quitar la sutura para efectuar los cortes de las piezas. Conclusiones. La trefina no estimula la reparación meniscal y provoca la destrucción de la estructura meniscal. Debe ser una técnica a emplear con cautela

Purpose. To analyze the evolution of the effect of trephination on the meniscus. Materials and methods. A study was carried out on the effect of trephination on 12 lambs, which were distributed into three separate groups (of 4 animals each) depending on the treatment used: group I was the control group, which received a saline injection; group II received an injection of Matrigel® (300 μl, BD Biosciences®) and group III: injection of Healon® (850 μl of hyaluronic acid 10 mg/ml, Pharmacia & Upjohn). The animals were put down after 6 weeks and the menisci were studied histologically. Results. Trephination performed together with the injection of several substances did not show itself to be effective. It stimulated fibrous formation from the capsule with abundant cellularity and the trephine channels were left unreconstructed, not achieving any degree of integration of the fragments. We did not observe any stimulation of the different groups used, since all the changes corresponded to the fragment attached to the capsule. We did not observe any changes in the free-standing fragment which, incidentally, always became detached when the suture was removed to cut the pieces. Conclusions. Trephination did not stimulate meniscal repair and led to the destruction of the structure of the meniscus. The technique should be used extremely cautiously

The incorporation of different sorts of cancellous bone graft and the reaction of the host bone. A histomorphometric study in sheep.

We performed a morphological and histomorphometric analysis of the use of either autografts, or of frozen or freeze-dried cancellous bone allografts in sheep. A cancellous bone defect was created in the lateral portion of the distal epiphysis of the left femur. Four groups of six animals were monitored for 3 months. In the first group, the cavity was filled with autograft, in the second with frozen allograft and in the third with freeze-dried allograft. In the last group, the cavity was not filled and served as control. A study of the host bone showed that the mean trabecular width of the peripheral osteoid was greatest in the control group, while the number of osteoblasts and osteoclasts was significantly lower in the freeze-dried allograft group. However, the different bone grafts that were used to fill the cavity showed a greater trabecular width and area in the autografts. Among the frozen allografts, these measurements were also greater than in the freeze-dried allograft group. The "erosion surface" of the freeze-dried allograft group was also found to be three times greater, and there were a larger number of osteoclasts and osteoclastic nuclei. We concluded that the "lyophilised" allografts were re-absorbed rapidly and that there were no major morphological differences between the frozen allografts and the autograft groups.

Cambios morfológicos del fémur con el sexoy la edad. Estudio con TAC / Morphological changes in the femur in relation to sex and age. CT scan study

Objetivo. Estudiar los cambios de la forma del fémur, con la edad, en varones y mujeres. Material y método. Análisis del fémur derecho, con tomografía axial computarizada (TAC), en personas sin patología musculoesquelética conocida, en las secciones correspondientes, de proximal a distal, al 10 por ciento, 20 por ciento, 25 por ciento, 30 por ciento, 40 por ciento, 50 por ciento y 75 por ciento de la longitud femoral. Analizando en cada una de las secciones los diámetros mayores y menores, externos e internos o del canal medular; las superficies corticales y medulares y las relaciones entre los diámetros, en los diferentes grupos de edad, en ambos sexos. Resultados. No se encontraron diferencias de la forma ni del tamaño del fémur con la edad entre sujetos del mismo sexo. Los hombres presentaron valores superiores a las mujeres en todos los parámetros estudiados. La superficie del canal medular fue semejante en ambos sexos y en todos los grupos de edad en cada una de las secciones estudiadas (AU)

Trasplante meniscal: efecto sobre el cartílago articular. Estudio experimental en corderos / Meniscal trasplant: articular cartilage effect. Experimental study in sheep

El menisco es una unidad funcional que absorbe y distribuye las fuerzas transmitidas por la superficie articular de la rodilla. El trasplante de menisco pretende la restitución anatómica y la recuperación de la mecánica articular, evitando la degeneración del cartílago articular. Objetivo: Estudiar el efecto condroprotector del injerto meniscal. Material y método: Se estudiaron dos grupos de corderos. Grupo I: meniscectomía. Grupo II: meniscectomía y trasplante de aloinjerto meniscal, analizando las repercusiones sobre el cartílago articular del fémur y de la tibia. Resultados: El grupo meniscectomizado presentó alteraciones radiológicas y macroscópicas de la superficie articular que no se vieron en el grupo trasplantado. En ambos grupos, el estudio histológico mostró cambios estructurales y celulares, aunque fueron más evidentes en las rodillas meniscectomizadas (AU)

Injertos osteocondrales a presión conservados a -80 °C. Efecto de la criopreservación con dimetil sulfóxido (DMSO). Estudio experimental en corderos / Pressed osteochondral grafts stored at -80 °C. Effect of cryopreservation with dimethylsulfoxide (DMSO). An experimental study in lambs

Las lesiones osteocondrales de las articulaciones son difíciles de reparar por la condición avascular del cartílago. Los procedimientos actualmente disponibles pueden demorar la degeneración pero no evitarla. El empleo de injertos cartilaginosos requiere un método de criopreservación efectivo que mantenga la viabilidad celular. Utilizamos 18 corderos, divididos en tres grupos, a los que se les implantó un injerto osteocondral, conservado a -80 °C, en el grupo I sin criopreservador, en el grupo II, con DMSO, al 10 per cent, durante todo el almacenamiento y en el grupo III, con DMSO, al 10 per cent, durante 90 minutos. Los animales se sacrificaron cinco meses después de la cirugía. El grupo que conservó el cartílago en mejores condiciones fue el grupo III, aunque en los tres grupos la porción ósea del implante se integró completamente y la mayor parte del cartílago articular fue sustituido por fibrocartílago (AU)

Trasplante meniscal. Estudio experimental en corderos / No disponible

El menisco es una unidad funcional que absorbe y distribuye las solicitaciones de la articulación de la rodilla. El trasplante de menisco pretende la restitución anatómica, la recuperación de la mecánica articular y evitar la degeneración del cartílago articular, en pacientes jóvenes cuando se extirpa el menisco. Material y Métodos: Se han estudiado dos grupos, de ocho corderos cada uno, Grupo I: meniscectomía; Grupo II: meniscectomía y trasplante de aloinjerto meniscal, se analizó la morfología del cartílago articular y del menisco trasplantado a los 6 meses de la intervención. Resultados: El grupo meniscectomizado presentó alteraciones radiológicas y macroscópicas de la superficie articular que no se vieron en el grupo trasplantado. En ambos grupos se encontraron cambios estructurales y celulares, más evidentes en los animales meniscectomizados. Los injertos mostraron una buena revascularización e infiltrado celular desde la sinovial del menisco con importante desorganización fibrilar. Conclusión: El trasplante meniscal no protege completamente al cartílago articular y el menisco, aunque presenta una adecuada integración, no recupera su estructura (AU)

The meniscus is a functional structure which absorbs and distributes the knee stresses. The aim of meniscus allograft transplantation is anatomic restitution, the recuperation of the articular biomechanics and prevention of articular degeneration in young patients in whom meniscectomy is necessary. Material and Methods: We studied two groups, with 8 animals in each. Group I: meniscectomy; Group II: meniscectomy plus transplantation of fresh frozen meniscus allograft. We analyzed the morphology of the articular cartilage and the meniscus allograft six months after the operation. Results: The meniscectomized group showed radiographic and macroscopic alterations that were not observed in the transplanted group. In both meniscectomized and meniscus allograft group we found structural and cellular changes, but these were more evident in the meniscectomized group. The allografts showed adequate revascularization, with cellular repopulation of the allograft menisci by cells predominantly from the host synovium, and disordered fibers. Conclusion: Meniscus allograft transplantation does not protect the articular cartilage, and even where the meniscus is adequately integrated it does not recover its structure (AU)

Efecto de la elongación de tibia sobre el cartílago articular, el cartílago de crecimiento y el hueso trabecular. Estudio histomorfométrico en corderos / Effect of tibial lengthening on the articular cartilage, growth cartilage, and trabecular bone. Histomorphometric study in lambs

Se analizaron los cambios histomorfométricos en el cartílago articular, cartílago de crecimiento y hueso esponjoso de la extremidad proximal de la tibia de 24 corderos, con una edad comprendida entre 3 y 4 meses, después de una elongación tibial de tres centímetros con tres velocidades diferentes (1, 2 y 3 mm/día).No se han encontrado diferencias morfológicas apreciables entre los controles y los grupos intervenidos. En el cartílago articular se encontró un aumento del área celular en las capas media (p < 0,01) y profunda (p < 0,05) de la tibia elongada a 1 mm/día y en la capa media de las tibias elongadas a 3 mm/día (p < 0,01). En los grupos elongados a 2 y 3 mm/día, aumentó el grosor de la capa más profunda que disminuyó en el grupo elongado a 1 mm/día. En el cartílago de crecimiento la altura total disminuyó en los grupos elongados a 1 y 3 mm/día, disminuyendo la altura de la capa proliferativa en ambos grupos y aumentando la hipertrófica en el grupo más lento. Se ha demostrado una disminución estadísticamente significativa del área de hueso trabecular en todas las zonas estudiadas y en todos los grupos. Hay cambios en los tres grupos, el aumento de las solicitaciones produce alteraciones en todas las estructuras de los huesos largos en crecimiento (AU)

Vascularización meniscal con la edad. Estudio experimental en corderos / Meniscal vascular changes with age. Experimental study in lambs

Objetivo: Estudiar las modificaciones de la vascularización meniscal con el desarrollo y las posibles diferencias entre el menisco interno y externo y cada una de sus porciones.Material y método: En 12 corderos (Ovis aries) de dos semanas, dos meses, cinco meses y ocho meses de edad, se inyectó azul Berlín por la arteria femoral siguiendo la técnica de la diafanización de Spalteholz para analizar: a) la distribución vascular, b) el área media ocupada por los vasos, y c) la longitud media de los mismos. Esto se realizó en las porciones anterior, media y posterior de los meniscos interno y externo.Resultados: la vascularización meniscal está influida por la edad de los animales, siendo el área vascularizada de ambos meniscos mayor en los corderos de dos semanas (p < 0,004). En todos los grupos, excepto en el de dos semanas, el área vascularizada está más desarrollada en el menisco interno que en el externo (p < 0,009).También la longitud media de los vasos fue mayor en los animales de dos semanas (p < 0,002) que en el resto de las edades sin encontrar diferencias entre éstas (AU)

Estudio de la morfología y contenido metálico de la interfaz periprotésica en vástagos cementados y no cementados de prótesis totales de cadera revisadas / Study of the morphology and metal content of the periprosthetic interface of cemented and noncemented stems in revision total hip arthroplasty

Se ha comparado morfológicamente la interfaz de 40 vástagos femorales revisados (cementados y no cementados) y medido, mediante espectofotometría de absorción atómica, la cantidad de metales contenidos en otras 30 interfaces. Se han correlacionado los datos obtenidos con parámetros radiológicos y clínicos de los pacientes. La osteolisis ha sido, en ambos grupos, más frecuente en la porción proximal. Se ha encontrado una relación estadísticamente significativa de la edad con la atrofia cortical, así como entre la cantidad de partículas metálicas y la osteolisis con la duración del implante. El cemento no guarda relación con el tipo celular aunque hay una tendencia al aumento de infiltrado linfoplasmocitario en este grupo de prótesis. Sin encontrar una repercusión biologíca, las prótesis de cromo-cobalto desprenden mayor cantidad de partículas metalícas que las de titanio. La interfaz de los vástagos cementados presentaron menor cantidad de titanio y aluminio que la de los vástagos no cementados, por lo que el cemento puede tener un efecto barrera. Se ha visto un mayor desprendimiento metálico (cobalto, molibdeno, níquel y titanio) en los primeros diez años después de colocar la prótesis Se ha comparado morfológicamente la interfaz de 40 vástagos femorales revisados (cementados y no cementados) y medido, mediante espectofotometría de absorción atómica, la cantidad de metales contenidos en otras 30 interfaces. Se han correlacionado los datos obtenidos con parámetros radiológicos y clínicos de los pacientes. La osteolisis ha sido, en ambos grupos, más frecuente en la porción proximal. Se ha encontrado una relación estadísticamente significativa de la edad con la atrofia cortical, así como entre la cantidad de partículas metálicas y la osteolisis con la duración del implante. El cemento no guarda relación con el tipo celular aunque hay una tendencia al aumento de infiltrado linfoplasmocitario en este grupo de prótesis. Sin encontrar una repercusión biologíca, las prótesis de cromo-cobalto desprenden mayor cantidad de partículas metalícas que las de titanio. La interfaz de los vástagos cementados presentaron menor cantidad de titanio y aluminio que la de los vástagos no cementados, por lo que el cemento puede tener un efecto barrera. Se ha visto un mayor desprendimiento metálico (cobalto, molibdeno, níquel y titanio) en los primeros diez años después de colocar la prótesis (AU)