Informan de avance para lograr mejor comprensión y tratamiento de la artritis

La investigación de la Oregon State University (OSU) ha proporcionado la primera visión completa a nivel celular de lo que está sucediendo en las articulaciones afectadas por la osteoartritis. Esta es una afección debilitante y costosa que padecen casi una cuarta parte de los adultos en los Estados Unidos.

El estudio «In situ characterization of nanoscale strains in loaded whole joints via synchrotron X-ray tomography«, publicado en Nature Biomedical Engineering, abre la puerta a una mejor comprensión de cómo las intervenciones como la dieta, los medicamentos y el ejercicio afectan las células de una articulación, lo cual es importante porque las células hacen el trabajo de desarrollar, mantener y reparar el tejido.

Colaboración para medir cambios en las articulaciones

La investigación realizada por Brian Bay del OSU College of Engineering; científicos del Royal Veterinary College de Londres; y el University College London, quienes desarrollaron una sofisticada técnica de escaneo para ver las articulaciones «con carga» de ratones artríticos y sanos. La definición de carga es para describir las articulaciones bajo tensión, como un tobillo, la rodilla o el codo y cómo se encontrarían al correr, caminar, arrojar, etc.

«Las técnicas de imagen para cuantificar los cambios en las articulaciones artríticas se han visto limitadas por una serie de factores«, dijo Bay, profesor asociado de ingeniería mecánica. «Las restricciones en el tamaño de la muestra y la duración del tiempo de exploración son dos de ellas, y el nivel de radiación utilizado en algunas de las técnicas finalmente daña o destruye las muestras que se escanean. La resolución a nanoescala de las articulaciones intactas y cargadas se consideraba inalcanzable».

Entre los colaboradores de Bay incluyó a científicos de:

  • 3Dmagination Ltd (en Reino Unido)
  • Universidad Napier de Edimburgo
  • Universidad de Manchester
  • Complejo de Investigación de Harwell
  • Diamond Light Source

Imágenes a escala nanométrica

Desarrollaron una forma de realizar imágenes a escala nanométrica de huesos completos y articulaciones enteras bajo un control preciso de cargas.

Para lograrlo, tuvieron que:

  • Mejorar la resolución sin comprometer el campo de visión
  • Reducir la exposición total a la radiación para preservar la mecánica del tejido
  • Evitar movimientos durante el escaneo.

«Con una tomografía de rayos X con sincrotrón de haz rosado en dosis bajas y una carga mecánica con precisión nanométrica, pudimos medir simultáneamente la organización estructural y la respuesta funcional de los tejidos«, dijo Bay. «Eso significa que podemos ver las articulaciones desde las capas de tejido hasta el nivel celular, con un gran campo de visión y alta resolución, sin tener que cortar muestras«.

Dos características del estudio lo hacen particularmente útil para avanzar en el estudio de la osteoartritis, dijo.

«El uso de huesos y articulaciones intactos significa que se conservan todos los aspectos funcionales de las capas de tejido complejas«, afirma Bay. «Y el pequeño tamaño de los huesos del ratón conduce a imágenes que están en la escala de las células que desarrollan, mantienen y reparan los tejidos«.

Avance en el estudio de la osteoartritis

La osteoartritis, la degeneración de las articulaciones, afecta a más de 50 millones de adultos estadounidenses, de acuerdo a datos de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades de los Estados Unidos. Las mujeres se ven afectadas a una tasa de casi el 25%, mientras que el 18% de los hombres sufren de osteoartritis.

«La osteoartritis nos afectará a la mayoría de nosotros durante nuestras vidas; a muchos hasta el punto en que una articulación de la rodilla o la cadera requiera de un reemplazo con una cirugía costosa y difícil, después de años de discapacidad y dolor«, dijo Bay. «El daño a las superficies del cartílago está asociado con la falla de la articulación. Pero ese daño solo se hace evidente muy tarde en el proceso de la enfermedad; y el cartílago es solo la capa más externa en un complejo conjunto de tejidos que se encuentran profundamente debajo de la superficie«.

Esas capas de tejido profundo son donde ocurren los primeros cambios a medida que se desarrolla la osteoartritis, dijo, pero su función biomecánica básica y la importancia de los cambios no se comprenden bien.

«Esto ha dificultado en gran medida conocer el proceso básico de la enfermedad; y la evaluación de posibles terapias para interrumpir el largo e incómodo camino hacia el reemplazo articular«, comenta Bay.

Resultados

Bay demostró por primera vez la técnica de medición de la tensión del tejido hace 20 años; y está creciendo en importancia a medida que las imágenes han mejorado. Se están realizando trabajos relacionados para los discos intervertebrales y otros tejidos con altas tasas de degeneración.

«Este estudio por primera vez conecta las medidas de la mecánica de los tejidos y la disposición de los tejidos a nivel celular«, dijo Bay. «Este es un avance significativo ya que los métodos para interrumpir el proceso de osteoartritis probablemente involucrarán el control de la actividad celular. Es un avance en la vinculación del problema clínico de la falla articular con los mecanismos biológicos más básicos involucrados en el mantenimiento de la salud articular«.