El hueso posee cierta capacidad de reparación propia. Las fracturas habituales suelen consolidar gradualmente cuando cuentan con una fijación estable y un aporte sanguíneo adecuado. Si el defecto es demasiado grande o existen infección grave, mala perfusión o lesión de los tejidos blandos, el hueso puede ser incapaz de completar la reparación por sí solo, lo que causa una falta de consolidación o un defecto segmentario.

El cartílago articular tiene una capacidad de autorreparación aún menor. Es casi avascular y contiene relativamente pocas células. Cuando aparece un defecto de espesor completo, resulta difícil conseguir una reparación de alta calidad mediante la curación espontánea. Incluso si se forma tejido reparador, su estructura y sus propiedades mecánicas suelen ser inferiores a las del cartílago hialino normal.

El injerto óseo autólogo es un tratamiento importante para los defectos óseos. Habitualmente se extrae hueso del ilion o de la cresta ilíaca y se trasplanta al defecto. Como el autoinjerto posee capacidad osteogénica, osteoinductora y osteoconductora, se considera desde hace tiempo un método de referencia en el injerto óseo.

La extracción de un autoinjerto crea una zona quirúrgica adicional y puede ocasionar dolor en el sitio donante, cicatrices, infección, deformidad u otras complicaciones. En los defectos extensos, la cantidad de hueso disponible del propio paciente también puede ser insuficiente.

Otras opciones incluyen el aloinjerto óseo, la técnica de membrana inducida de Masquelet y la osteogénesis por distracción o transporte óseo de Ilizarov. Cada una tiene indicaciones definidas, aunque entre sus posibles limitaciones figuran el rechazo inmunitario, el riesgo de infección, las intervenciones repetidas, la larga duración del tratamiento y la fijación externa prolongada.

La microfractura es una técnica habitual de reparación del cartílago. El cirujano perfora la placa ósea subcondral para que la sangre de la médula y las células mesenquimales entren en el defecto y formen tejido reparador.

El procedimiento es relativamente sencillo, pero el tejido nuevo suele ser fibrocartílago. Este presenta menor resistencia al desgaste y peores propiedades mecánicas que el cartílago hialino articular normal, por lo que puede degenerarse o volver a lesionarse con el tiempo.

El trasplante osteocondral autólogo permite trasladar cilindros osteocondrales desde una zona sin carga hasta el defecto, aunque puede lesionar el sitio donante y en general no es adecuado para defectos grandes. El aloinjerto osteocondral puede tratar lesiones mayores, con preocupaciones persistentes sobre la infección, la conservación del injerto y la disponibilidad del tejido.

Los métodos de ingeniería tisular, como la implantación de condrocitos autólogos inducida por matriz, también pueden utilizarse en pacientes seleccionados. Por lo general requieren obtener cartílago, cultivar las células fuera del organismo y realizar una segunda intervención para implantarlas, lo que hace que el proceso sea complejo y costoso.

El fósforo negro es un material laminar compuesto por fósforo. Cuando se prepara en láminas de apenas unas capas atómicas de espesor, recibe el nombre de nanoláminas de fósforo negro.

En comparación con el fósforo blanco y el rojo, el fósforo negro presenta propiedades mecánicas, eléctricas, fototérmicas, de carga de fármacos y de biocompatibilidad favorables. Por ello, en los últimos años se ha estudiado ampliamente en electrónica, administración de medicamentos, tratamiento del cáncer e ingeniería tisular.

El fósforo negro puede degradarse gradualmente en ambientes con agua y oxígeno, generando fosfato y otras sustancias que contienen fósforo. Algunos estudios indican que estos productos podrían participar en la mineralización ósea local y crear un microambiente favorable para la regeneración.

Que pueda degradarse no demuestra una seguridad completa en el cuerpo humano. La velocidad de degradación, la dosis, el tamaño de las partículas, la modificación de la superficie y el destino metabólico a largo plazo pueden influir en sus efectos biológicos finales.

Favorecer la mineralización local. Los principales componentes inorgánicos del hueso están estrechamente relacionados con el metabolismo del calcio y el fósforo. El fosfato y otros productos liberados al degradarse el fósforo negro podrían participar en la mineralización local y favorecer la formación de tejido similar al hueso.

El fósforo negro no se transforma directamente en hueso. La regeneración ósea es un proceso complejo que requiere osteoblastos, células madre, vasos sanguíneos, matriz extracelular, factores de crecimiento y un entorno mecánico estable. Los productos de degradación con fósforo son solo uno de los factores que podrían contribuir.

Mejorar el entorno de las células osteogénicas. En algunos estudios celulares, los hidrogeles, los andamios nanofibrosos y los materiales compuestos con fósforo negro favorecieron la adhesión, proliferación y diferenciación osteogénica de células madre mesenquimales de la médula ósea y aumentaron la expresión de marcadores como la fosfatasa alcalina y BMP-2.

Estos hallazgos indican que el fósforo negro podría apoyar la formación ósea al mejorar las propiedades superficiales del material, liberar fosfato y modular el entorno celular local.

Favorecer la angiogénesis. Un aporte sanguíneo adecuado es esencial para la regeneración ósea. Los vasos nuevos llevan oxígeno, nutrientes, células osteogénicas y factores de crecimiento a la zona del defecto.

Algunos hidrogeles compuestos y andamios periósticos biomiméticos con fósforo negro han mostrado en animales potencial para favorecer la migración de células endoteliales, la formación de vasos y la regeneración ósea.

El fósforo negro tiene una estructura laminar y una gran superficie específica, lo que le permite transportar agentes activos como BMP-2, ibuprofeno e iones de estroncio.

Los investigadores pueden combinarlo con hidrogeles, microesferas, andamios electrohilados y otros materiales para liberar gradualmente un medicamento dentro del defecto. Algunos sistemas experimentales también emplean luz infrarroja cercana para generar calor y controlar mejor la velocidad de liberación.

Este diseño que combina material y fármaco puede aumentar la concentración local del tratamiento y reducir su distribución a otras partes del organismo.

Durante una lesión del cartílago y la progresión de la artrosis pueden acumularse localmente grandes cantidades de especies reactivas de oxígeno y nitrógeno. Estas moléculas oxidantes dañan los condrocitos, las proteínas y el ADN, y aceleran la degradación de la matriz extracelular del cartílago.

El fósforo negro puede neutralizar especies reactivas de oxígeno y nitrógeno. Los estudios in vitro indican que sus nanoláminas reducen el daño oxidativo de los condrocitos causado por peróxido de hidrógeno, óxido nítrico y sustancias relacionadas.

En experimentos con rodillas de ratas, se inyectó una dispersión de nanoláminas de fósforo negro en la articulación y se observó una reducción de especies reactivas de oxígeno, menor respuesta inflamatoria y mayor síntesis de colágeno tipo II y glucosaminoglucanos.

Estos resultados indican que el fósforo negro podría actuar al reducir el estrés oxidativo, proteger los condrocitos y mejorar el entorno de reparación del cartílago.

La infección relacionada con implantes ortopédicos es una complicación importante de las prótesis articulares, las placas, los tornillos y los andamios de reparación ósea.

El fósforo negro responde a estímulos fototérmicos y sonodinámicos. En algunos sistemas experimentales, la irradiación infrarroja cercana produce calor local, mientras que el ultrasonido puede inducir especies reactivas de oxígeno que alteran la membrana celular y los sistemas antioxidantes de las bacterias.

Se ha combinado fósforo negro con materiales como la polidopamina para crear recubrimientos de implantes de titanio destinados a mejorar simultáneamente la biocompatibilidad, la actividad antibacteriana y la osteointegración.

Estos recubrimientos aún no pueden utilizarse de manera rutinaria para prevenir infecciones. Una temperatura fototérmica excesiva puede dañar los tejidos sanos; las dosis de ultrasonido y luz también requieren un control preciso. La seguridad a largo plazo y la eficacia antibacteriana real necesitan ensayos en seres humanos.