Un conducto nervioso guía (también llamado conducto nervioso artificial o injerto nervioso artificial, a diferencia de autoinjerto) es un medio de guía artificial de recrecimiento axonal para facilitar la neuroregeneración y es uno de los múltiples tratamientos clínicos para las lesiones nerviosas. Cuando la sutura de dos extremos de un nervio seccionado no puede lograrse sin ejercer una tensión, el procedimiento clínico habitual para las lesiones de los nervios del sistema periférico es usar injertos nerviosos autólogos. Debido a la limitada disponibilidad de tejidos donadores y recuperación funcional de los autoinjertos nerviosos, la investigación en la ingeniería de tejidos neural se ha concentrado en el desarrollo de conductos nerviosos guía bioartificiales como un tratamiento alterno, especialmente para defectos grandes. Técnicas similares están siendo exploradas para la reparación de la médula espinal, sin embargo la regeneración en el sistema nervioso central tiene muchos más retos, ya que los axones no se regeneran de manera apreciable en su ambiente nativo.
La creación de conductos artificiales también es llamada entubación, debido a que los extremos nerviosos y la brecha intervenida son encerradas por un tubo hecho de materiales biológicos o sintéticos. Si el conducto está en forma de tubo biológico, tubo sintético o un conducto diseñado con ingeniería de tejidos, debería facilitar la comunicación neurotrópica y neurotrófica entre los extremos proximales y distales entre la brecha nerviosa, bloquear factores de inhibición externos y proveer una guía física para el recrecimiento axonal. El objetivo más básico de un conducto nervioso artificial es combinar señales físicas, químicas y biológicas bajo condiciones que fomenten la formación de tejido.
Algunos materiales que se han usado para elaborar tubos biológicos incluyen vasos sanguíneos y músculos esqueléticos, mientras que tubos sintéticos no absorbibles y bioabsorbibles se han hecho de silicona y ácido poliglicólico, respectivamente. La ingeniería de tejidos para conductos nerviosos artificiales se ha combinado con muchos elementos: andamios estructurales, materiales de andamios, terapias celulares, factores neurotróficos y materiales biomiméticos. La elección de señales físicas, químicas y biológicas, está basada en las propiedades del ambiente nervioso, el cual es crítico para crear el ambiente deseado para la regeneración axonal. Los factores que controlan la selección del material incluye la biocompatibilidad y biodegradabilidad, integridad mecánica, controlabilidad durante el crecimiento nervioso, implantación y esterilización.
Topografía de andamios . En ingeniería de tejidos hay tres principales niveles de estructuras de andamios, que son: Las superestructuras, la forma general del andamio; La microestructura, la superficie a nivel celular de la estructura; y la nanoestructura, la superficie a nivel subcelular de la estructura.
La superestructura La superestructura de un conducto o un andamio es importante para la estimulación de condiciones para la formación de tejido nerviosos "in vivo". La matriz extracelular, que es principalmente responsable de la dirección y formación del tejido en crecimiento, tiene un complejo superestructural creado por muchas moléculas fibrosas entre tejidas. Algunas formas de crear superestructuras incluye el uso de hidrogeles termo-sensibles, canales orientados longitudinalmente, fibras orientadas longitudinalmente, axones estirados en crecimiento y andamios nanofibrosos.
Hidrogeles termo-sensibles En los traumatismos craneoencefálicos, se inicia una serie de eventos de daños que lleva a muerte celular y disfunción general, lo que causa la formación de una cavidad de lesión con forma irregular. La cavidad resultante causa muchos problemas para los andamios de ingeniería de tejidos, ya que la implantación invasiva es requerida y generalmente el andamio no tiene la forma de la cavidad. Para sortear estas dificultades, los hidrogeles termo-sensibles se han diseñado hidrogeles para someterse a transiciones solución-gelación (sol-gel), que son causadas por diferencias en cuanto a temperatura del cuarto y las fisiológicas, para facilitar la implantación a través de la gelación in situ y conformar la forma de la cavidad, permitiendo que éstas sean inyectadas de una manera mínimamente invasiva.
La metilcelulosa (MC) es un material con una transición solución-gelación bien definida en un rango óptimo de temperatura. La gelación de MC ocurre por un incremento en interacciones hidrofóbicas entre intra- e intermoleculares. La transición sol-gel está gobernada por la temperatura mínima crítica de la solución (LCST, por sus siglas en inglés), la cual, es la temperatura en la que la fase elástica iguala a la fase elástica. La LCST no debe de exceder la temperatura fisiológica (37 °C), si el andamio se gelifica en la implantación, creando una administración mínimamente invasiva. Después de la implantación a la cavidad de una lesión traumática o a un conducto nervioso artificial, la MC produce una ligera inflamación. También es muy importante para que la invasión sea poco invasiva, que la solución MC tiene viscosidad en temperaturas menores a su LCST, lo que permite que sea inyectada a través de una aguja de pequeño calibre para aplicaciones in vivo. La MC ha sido usada de forma exitosa como un agente de administración para terapias farmacéuticas intraocular y oral. Algunas de sus desventajas incluyen su poca inclinación para la absorción de proteínas y adhesión neuronal haciéndolo un hidrogel no bioactivo. Gracias a esto el uso de MC, en la ingeniería de tejidos neural regeneracional, requiere ser adjuntada a un grupo biológicamente activo sobre el esqueleto del polímero para permitir la adhesión celular.
Otro gel termo-sensible está formado de la unión de quitosano con sales de glicerofosfatos (GP). Esta solución presenta gelación a temperaturas mayores a 37 °C. La gelación de quitosano/GP es bastante lenta, aproximadamente media hora para iniciarse y nueve para estar completamente estable. Su fuerza varía entre 67 a 1572 Pa dependiendo de la concentración de quitosano; el extremo inferior de este rango se aproxima a la rigidez del tejido cerebral. El quitosano/GP ha demostrado tener éxito in vitro, pero la adición de polilisina se necesita para permitir la unión a las células nerviosas. La polilisina se une con un enlace covalente al quitosano para prevenir su difusión. La polilisina fue seleccionada debido a su naturaleza positiva y su alta hidroficidad, la cual promueve el crecimiento de la neurita. La supervivencia de las neuronas se duplicó, aunque la extensión de la neurita no cambió con su adición.
Canales orientados longitudinalmente Los canales orientados longitudinalmente son estructuras macroscópicas que permiten ser adicionadas a un conducto para dar una buena dirección guiada a través del andamio a los axones en regeneración. En un andamio con arquitectura de canal microtubular, los axones en regeneración son capaces de extenderse longitudinalmente a través del axón, como lo harían de manera natural en los tubos endoneurales de los nervios periféricos. Adicionalmente, los canales incrementan la superficie de contacto disponible para contacto celular. Los canales son usualmente creados al insertar una aguja, cable o una segunda solución polimérica dentro del andamio polimérico; después de estabilizar la figura del polímero principal, la aguja, el cable o el segundo polímero son retirados para así formar los canales. Comúnmente múltiples canales son creados; sin embargo, los andamios pueden estar constituidos por solo un gran canal, que simplemente es un tubo hueco.
Una técnica de moldeado fue creada por Wang et al. para formar un conducto nervioso artificial con una matriz multicanal interior y una pared tubular exterior a base de quitosano. En su estudio del 2006, Wang et. al. enroscaron agujas de acupuntura a través de un tubo hueco de quitosano, donde se fijaron en cualquier de los dos extremos con parches creados con CAD. Una solución de quitosano fue entonces inyectada hacia los tubos y solidificada, después se removieron las agujas, creando los canales orientados longitudinalmente. Un andamio representativo fue luego creado para caracterización con 21 canales usando agujas de acupuntura con un diámetro de 400 µm. Bajo investigación en microscopio, los canales fueron encontrados casi circulares con pequeñas irregularidades; todos los canales estaban alineados con el diámetro interior de la pared del tubo. Fue confirmado con micro imágenes de CT que los canales atravesaron todo la longitud del andamio. Bajo absorción de agua los diámetros internos y externos del andamio se engrandecieron, pero su cambio en diámetro no fue significativo, lo cual era necesario para mantener la forma del andamio que guíe a la extensión de la neurita. La estructura interior provee un incremento en la fuerza compresora comparada con un tubo hueco, que puede prevenir colapsos de los andamios hacia una neurita en crecimiento. Las células Neuro-2a son capaces de crecer en la matriz interna del andamio y ser orientadas por el canal. Aunque este método sólo se ha probado con quitosano, se puede ajustar a otros materiales.
La liofilización y el proceso de calentamiento de cables es otro método para crear canales orientados longitudinalmente, desarrollado por Huang et. al. (2005). Una solución de quitosano y ácido acético se congeló alrededor de cables de níquel-cobre (Ni-Cu) en una trampa de nitrógeno líquido; subsecuentemente los cables son calentados y removidos. Los cables de Ni-Cu se seleccionaron debido a que presentan altos niveles de resistencia. Liofilizadores con controles para temperatura fueron usados para sublimar el ácido acético. No hubo indicios de que los canales se fundieran o se dividieran. Después de la liofilización las dimensiones del andamio se redujeron, causando que los canales fueran más pequeños que el de los cables usados. Los andamios fueron neutralizados a un pH fisiológico usando una base, lo cual tuvo efectos dramáticos a la estructura porosa. Bases más débiles mantuvieron la estructura porosa uniforme, pero las más fuertes la hicieron incontrolable. La técnica usada aquí puede ser ligeramente modificada para acomodar otros polímeros y solventes.