Uso de células madre y factores de crecimiento para la curación ósea y del cartílago: una revisión integral

 

Nº de DOI: 10.34896/RSI.2026.43.64.001

 

 

AUTORES

1. Santiago Fabricio Núñez Acosta. Médico Cirujano Universidad PUCE, Médico Instasalud, Ecuador. https://orcid.org/0009-0001-3590-9156
2. Iván Gualberto Velasco Salazar. Médico Universidad de Guayaquil, Médico, Ecuador. https://orcid.org/0009-0008-0080-7214
3. Marlon Wladimir Janeta Salcan. Médico General Universidad UTE, Médico Rural MSP Distrito 08D03, Ecuador. https://orcid.org/0009-0008-4507-2741
4. María Gabriela Táquez Carbo, Médico Universidad de Guayaquil, Médico Consulta Privada, Ecuador. https://orcid.org/0009-0009-3255-7966

 

RESUMEN

El tratamiento de defectos musculoesqueléticos críticos representa uno de los mayores desafíos en la ortopedia moderna. El uso de células madre y factores de crecimiento ha surgido como un avance disruptivo en la medicina regenerativa para abordar patologías complejas como la pseudoartrosis (falta de consolidación ósea) y las lesiones condrales (daño del cartílago articular). Estas terapias biológicas capitalizan la plasticidad de las células madre mesenquimales (MSC) y su potente capacidad paracrina para orquestar la reparación tisular.

Este artículo revisa exhaustivamente los mecanismos biológicos moleculares, los métodos de obtención y procesamiento (incluyendo el concentrado de aspirado de médula ósea – BMAC), y los protocolos de aplicación clínica. Se analizan estudios que demuestran cómo la combinación de MSC con andamiajes (scaffolds) y factores como las Proteínas Morfogenéticas Óseas (BMP), el Factor de Crecimiento Endotelial Vascular (VEGF) y el Factor de Crecimiento Transformante beta (TGF-β) puede acelerar la unión ósea y promover la formación de cartílago hialino, superior al fibrocartílago cicatricial. Finalmente, se discuten las barreras regulatorias y la necesidad de estandarización para su implementación clínica rutinaria.

PALABRAS CLAVE

Células madre mesenquimales, factores de crecimiento, regeneración ósea, reparación de cartílago, pseudoartrosis, lesiones condrales, medicina regenerativa, BMP, VEGF, TGF-β, BMAC.

ABSTRACT

The treatment of critical musculoskeletal defects represents one of the greatest challenges in modern orthopedics. The use of stem cells and growth factors has emerged as a disruptive advance in regenerative medicine to address complex pathologies such as pseudoarthrosis (nonunion of bone) and chondral lesions (damage to articular cartilage). These biological therapies capitalize on the plasticity of mesenchymal stem cells (MSCs) and their potent paracrine capacity to orchestrate tissue repair.

This article comprehensively reviews the molecular biological mechanisms, methods of collection and processing (including bone marrow aspirate concentrate – BMAC), and clinical application protocols. Studies are analyzed that demonstrate how the combination of MSCs with scaffolds and factors such as Bone Morphogenetic Proteins (BMPs), Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF), and Transforming Growth Factor beta (TGF-β) can accelerate bone union and promote the formation of hyaline cartilage, which is superior to fibrocartilage scar tissue. Finally, regulatory barriers and the need for standardization for routine clinical implementation are discussed.

KEY WORDS

Mesenchymal stem cells, growth factors, bone regeneration, cartilage repair, pseudoarthrosis, chondral lesions, regenerative medicine, BMP, VEGF, TGF-β, BMAC.

INTRODUCCIÓN

La Carga Clínica y el Concepto del Diamante:

Las lesiones óseas y cartilaginosas que no logran sanar espontáneamente imponen una carga socioeconómica masiva y disminuyen drásticamente la calidad de vida de los pacientes.

El Desafío de la Pseudoartrosis:

La pseudoartrosis se define como la interrupción permanente del proceso de curación de una fractura, diagnosticada típicamente cuando no hay signos radiológicos de progresión hacia la consolidación después de 6 a 8 meses. Afecta aproximadamente al 5-10% de todas las fracturas, elevándose hasta el 50% en fracturas abiertas de tibia con daño severo de tejidos blandos.¹

Para entender el fallo, debemos remitirnos al «Concepto del Diamante» descrito por Giannoudis. Este modelo establece que la consolidación ósea requiere la interacción simultánea de cuatro pilares fundamentales:

1. Células Osteogénicas: Células madre mesenquimales y pre-osteoblastos capaces de formar nuevo hueso.
2. Andamiajes Osteoconductivos: Una matriz estructural (natural o sintética) que permita la invasión vascular y celular.
3. Factores de Crecimiento (Osteoinducción): Señales moleculares (BMPs, PDGF, VEGF) que dirigen la diferenciación celular.
4. Estabilidad Mecánica: Un entorno biomecánico adecuado que favorezca la formación de callo óseo sin impedir la micro-movilidad necesaria (en la curación secundaria) o la compresión absoluta (en la primaria).

 

La pseudoartrosis ocurre cuando uno o más de estos pilares fallan. Los tratamientos tradicionales, como el injerto de cresta ilíaca autólogo (el «estándar de oro»), abordan estos pilares, pero conllevan una morbilidad significativa en el sitio donante (dolor crónico, infección, hematoma).

La Complejidad de las Lesiones Condrales:

A diferencia del hueso, el cartílago articular hialino posee una capacidad de autoreparación casi nula. Esto se debe a que es un tejido aneural, alinfático y avascular. Los condrocitos maduros están atrapados en una matriz densa y no pueden migrar al sitio de la lesión para repararla.

Las lesiones condrales (comunes en rodilla, cadera y tobillo) suelen progresar a osteoartritis degenerativa. Las técnicas quirúrgicas convencionales, como las microfracturas, estimulan la médula ósea subcondral para liberar células, pero el resultado es típicamente fibrocartílago. Este tejido cicatricial es rico en colágeno tipo I (en lugar del tipo II del cartílago nativo) y tiene propiedades biomecánicas inferiores, desgastándose rápidamente bajo carga. La medicina regenerativa busca superar esto induciendo la formación de tejido hialino verdadero^2,4.

Fundamentos Biológicos: MSC y Factores de Crecimiento:

La regeneración tisular mediada por terapias celulares no es un proceso simple de «ladrillos y cemento», sino una compleja orquestación molecular.

Células Madre Mesenquimales (MSC):

Las MSC son células estromales multipotentes que residen en diversos tejidos, incluyendo la médula ósea, el tejido adiposo, la sinovia y el periostio. Históricamente valoradas por su capacidad de diferenciarse en hueso (osteoblastos), cartílago (condrocitos) y grasa (adipocitos), la comprensión actual de su función ha evolucionado³.

Hoy sabemos que el mecanismo principal de acción de las MSC in vivo es trófico e inmunomodulador. El Dr. Arnold Caplan ha sugerido renombrarlas como «Células de Señalización Medicinal». Al ser implantadas en un sitio de lesión, las MSC:

• Detectan el microambiente inflamatorio.
• Secretan citocinas antiinflamatorias (como IL-10 e IDO) para modular la respuesta inmune, cambiando los macrófagos de un fenotipo proinflamatorio (M1) a uno reparador (M2).
• Liberan factores angiogénicos para restaurar el suministro de sangre, crítico para la formación de hueso.
• Reclutan células progenitoras endógenas del propio paciente hacia el sitio de la lesión.

 

Factores de Crecimiento Clave:

El éxito de la terapia celular depende de la presencia de factores de crecimiento que actúan como señales de comando:

• Proteínas Morfogenéticas Óseas (BMP-2, BMP-7): Pertenecientes a la superfamilia del TGF-β, son los inductores más potentes de la diferenciación osteoblástica. Transforman las MSC indiferenciadas en células formadoras de hueso.
• Factor de Crecimiento Endotelial Vascular (VEGF): Esencial para la angiogénesis. La formación de hueso está acoplada a la formación de vasos sanguíneos; sin vasculatura nueva, el callo óseo no puede mineralizarse.
• Factor de Crecimiento Transformante Beta (TGF-β): Fundamental en la condrogénesis (formación de cartílago) y en la síntesis de matriz extracelular (colágeno y proteoglicanos).
• Factor de Crecimiento Derivado de Plaquetas (PDGF): Un potente mitógeno que estimula la replicación celular inicial y la quimiotaxis (atracción de células) hacia la herida.

 

METODOLOGÍA

Obtención, Procesamiento y Entrega:

La eficacia clínica depende estrictamente de la técnica de preparación. Existen dos enfoques principales: el uso de concentrados en el punto de atención (Point-of-Care) y el cultivo celular expandido.

Concentrado de Aspirado de Médula Ósea (BMAC):

Es la técnica más común en ortopedia debido a que se realiza en un solo tiempo quirúrgico y suele cumplir con regulaciones de «manipulación mínima».

1. Sitio de Cosecha: La Cresta Ilíaca Posterior (Espina Iliaca Posterosuperior) es el sitio preferido, ya que contiene una mayor concentración de células progenitoras (CFU-F) en comparación con la cresta anterior o la tibia proximal.
2. Técnica de Aspiración: Se recomienda el uso de jeringas pequeñas (10 ml) aspirando de múltiples sitios y profundidades para evitar la dilución con sangre periférica. Un volumen típico es de 60 a 120 ml.
3. Procesamiento: El aspirado se anticoagula y se centrifuga. Los sistemas modernos utilizan centrifugación por gradiente de densidad para separar los glóbulos rojos (fondo) y el plasma pobre en plaquetas (superficie), aislando la capa intermedia o «Buffy Coat».
4. Producto Final: El objetivo es concentrar las células mononucleares de 4 a 7 veces por encima de los niveles basales, alcanzando recuentos ideales de >15 millones de células nucleadas/ml⁵.

 

Procesamiento de Tejido Adiposo:

El tejido adiposo se obtiene mediante liposucción abdominal. Se procesa mediante lavado y, a veces, digestión enzimática (colagenasa) para obtener la Fracción Vascular Estromal (SVF). Aunque el tejido adiposo contiene más MSC por volumen que la médula ósea, su capacidad osteogénica (formación de hueso) es ligeramente inferior, aunque su capacidad angiogénica es superior.

Andamiajes (Scaffolds):

Las células y factores necesitan un vehículo.

• En Hueso: Se utilizan aloinjertos (hueso de banco), cerámicas sintéticas (Fosfato Tricálcico – TCP, Hidroxiapatita) o la matriz ósea desmineralizada (DBM). El BMAC se impregna en estos materiales antes de la implantación.
• En Cartílago: Se usan membranas de colágeno tipo I/III o matrices de ácido hialurónico que actúan como una «tienda de campaña», reteniendo las células en el defecto articular.

 

APLICACIONES CLÍNICAS Y RESULTADOS

Pseudoartrosis y Defectos Óseos Críticos:

El uso de terapias biológicas ha cambiado el manejo de las «no uniones».

• Pseudoartrosis Atrófica: Caracterizada por pobre biología y vascularización. Aquí, la aplicación de BMAC enriquecido (a veces mezclado con PRP activado para formar un gel) proporciona las células y factores que faltan.
• Resultados Clínicos: En un estudio histórico, Hernigou et al. trataron 60 pseudoartrosis de tibia atróficas con inyección percutánea de concentrado de médula ósea. Reportaron una tasa de consolidación del 88%. Un hallazgo crucial fue la dosis-dependencia: los pacientes que lograron la unión recibieron un número significativamente mayor de células progenitoras (>1,500 CFU-F/cm³) que aquellos que fallaron.
• Comparación: El uso de BMP-2 recombinante (rhBMP-2) está aprobado para fusiones espinales lumbares y fracturas de tibia abiertas, mostrando tasas de fusión superiores al 90%, aunque con riesgos de inflamación severa u osificación ectópica si no se maneja la dosis correctamente^6,7.

 

Lesiones Condrales y Osteoartritis:

El objetivo aquí es la regeneración tisular y la preservación de la articulación (evitar prótesis en pacientes jóvenes).

• Terapia Intraarticular: Para osteoartritis difusa, las inyecciones de MSC (expandidas o BMAC) han mostrado reducción del dolor (VAS) y mejora en scores funcionales (WOMAC, IKDC) por periodos de 12 a 24 meses. El mecanismo principal es antiinflamatorio, reduciendo la sinovitis y frenando la degradación del cartílago.
• Terapia Focal (Técnica AMIC/Microfractura Plus): En defectos localizados («baches» en el cartílago), la técnica AMIC (Condrogénesis Autóloga Inducida por Matriz) combinada con BMAC ha mostrado resultados superiores a la microfractura sola.
• Resultados Histológicos: Biopsias de segunda vista en estudios clínicos han confirmado que la adición de MSC promueve la aparición de tejido con tinción positiva para colágeno tipo II y agrecanos, indicativo de cartílago hialino de alta calidad, a diferencia del tejido fibroso visto en controles.
• Articulación Temporomandibular (ATM): En modelos animales y humanos preliminares, la inyección de MSC en la ATM ha logrado regenerar defectos del disco y del cóndilo, reduciendo la crepitación y mejorando la apertura bucal.

 

DISCUSIÓN

Barreras, Riesgos y Futuro:

A pesar de los resultados prometedores, la traducción clínica masiva enfrenta obstáculos significativos.

Estandarización y Variabilidad:

Uno de los mayores problemas es la falta de estandarización. «BMAC» no es un producto único; su composición varía según la hidratación del paciente, la técnica de aspiración y el sistema de centrifugación usado. Además, la «potencia» de las MSC disminuye con la edad y comorbilidades (diabetes, tabaquismo). Se necesitan biomarcadores rápidos para evaluar la calidad del concentrado celular intraoperatoriamente.

Marco Regulatorio:

Existe una distinción legal crítica:

1. Manipulación Mínima (ej. BMAC, PRP): Generalmente permitida en quirófano si se usa en el mismo procedimiento quirúrgico (Homólogo).
2. Manipulación Sustancial (ej. Cultivo y expansión celular: Al cultivar células, se consideran «medicamentos biológicos» (como fármacos). Esto requiere aprobación estricta de agencias como la FDA (EE.UU.) o EMA (Europa), lo que eleva exponencialmente los costos y limita la disponibilidad.

 

Seguridad:

El perfil de seguridad de las MSC autólogas (del propio paciente) es excelente. El riesgo de rechazo inmunológico es inexistente y, hasta la fecha, no se ha documentado transformación maligna (tumores) en estudios a largo plazo (>10 años) con MSC mesenquimales adultas, a diferencia de las células madre embrionarias o iPSCs que sí conllevan riesgos teratogénicos^8,9.

Perspectivas Futuras: Exosomas:

La investigación actual se está moviendo hacia terapias «libres de células» (Cell-Free Therapy). Dado que las MSC funcionan principalmente secretando factores, los científicos están aislando estas secreciones (Exosomas o vesículas extracelulares). Los exosomas pueden almacenarse, dosificarse con precisión y no tienen riesgo de transformación celular, lo que podría facilitar su aprobación regulatoria como fármaco «off-the-shelf»¹⁰.

CONCLUSIONES

La integración de la biotecnología en la ortopedia ha marcado el inicio de una nueva era: la Ortobiología.

1. Eficacia: Existe evidencia clínica robusta de que la adición de progenitores de médula ósea (BMAC) y factores de crecimiento mejora significativamente las tasas de curación en pseudoartrosis atróficas y defectos óseos críticos, actuando como una alternativa válida y menos mórbida al autoinjerto de cresta ilíaca.
2. Calidad Tisular: En el cartílago, estas terapias permiten pasar de una «reparación cicatricial» (fibrocartílago) a una «regeneración verdadera» (cartílago hialino), preservando la biomecánica articular a largo plazo.
3. Cambio de Paradigma: El tratamiento está evolucionando de la simple sustitución mecánica (prótesis, placas) a la restauración biológica, donde el cirujano actúa como un facilitador del potencial curativo intrínseco del cuerpo.

 

Aunque se requieren ensayos clínicos aleatorizados a gran escala para refinar las dosis y protocolos, el uso de células madre y factores de crecimiento ya es una herramienta indispensable en el arsenal del cirujano ortopédico moderno para tratar casos complejos y evitar discapacidades permanentes.

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