miércoles, 17 de noviembre de 2010

Desarrollan por vez primera huesos artificiales en laboratorio

El proceso seguido imita la formación de los huesos naturales

Investigadores de los Países Bajos han conseguido desarrollar en laboratorio, por vez primera, huesos artificiales, siguiendo un proceso idéntico al que siguen los huesos orgánicos en su formación. Todo este proceso fue, además, registrado con gran detalle gracias a un microscopio electrónico de tecnología punta. El logro abre la puerta a la fabricación de huesos artificiales y, también, a la producción de diversos tipos de nanomateriales. Por Yaiza Martínez. 

Un equipo de investigadores de la Universidad Tecnológica de Eindhoven (TU/e), en los Países Bajos, ha conseguido por vez primera imitar en laboratorio el proceso natural de formación de los huesos, así como observar dicho proceso con gran detalle.

Según publica la TU/e en un comunicado, los huesos fueron desarrollados con fibras de colágeno (componente más abundante de los huesos y de la piel) en las que se depositó fosfato cálcico formando nanocristales.

En este proceso, se reprodujo el mismo crecimiento del fosfato cálcico que se da en la formación de huesos reales, explican los investigadores: en el organismo, el calcio está presente en los huesos en forma de hidroxiapatita, que es una estructura cristalina compuesta por fosfato de calcio que se sitúa alrededor de una matriz orgánica de proteína colagenosa para proporcionar fuerza y rigidez.

Proceso dirigido por el colágeno

Durante mucho tiempo se ha pensado que el colágeno era sólo un “molde” para la colocación del fosfato cálcico en los huesos de los organismos, y que la formación de dichos huesos estaba controlada por biomoléculas especializadas.

Sin embargo, las imágenes registradas en su investigación por Nico Sommerdijk y Fabio Nudelman, del Departamento de ingeniería química y química de la TU/e, han demostrado que las fibras de colágeno son, en sí mismas, las que controlan la formación mineral y, por tanto, las que dirigen el desarrollo de los huesos.

Según los científicos, las biomoléculas tendrían en este proceso de mineralización un papel distinto a lo que se creía: en realidad sirven para mantener el fosfato cálcico en solución líquida hasta que comienza el proceso de crecimiento del mineral.

Tecnología punta para el registro de imágenes

Los investigadores pudieron ver cómo se desarrollaban los huesos en el interior de las fibras de colágeno utilizando un microscopio electrónico único, el llamado cryoTitan.

Tal y como publica la página web de la Unidad de Investigación CryoTEM de la Universidad de Eindhoven, este microscopio está equipado con una serie de dispositivos de tecnología punta, como una cámara MultiScan™ CCD o un prisma óptico para holografía, que hacen que tenga una resolución tan alta como para registrar imágenes de átomos individuales. 

Con el CryoTEM, los científicos analizaron, durante la formación de los huesos, muestras que fueron rápidamente congeladas, por lo que el proceso pudo registrarse y observarse en sus pasos consecutivos.

Aplicación en la formación de huesos artificiales

El Instituto Nacional de Investigación en Cerámica italiano (ISTEC) está desarrollando ya nuevos implantes óseos basados en el descubrimiento realizado por Sommerdijk y Nudelman.

Este mismo Instituto hacía públicos, a principios de este año, sus avances en un nuevo método para crear huesos a partir de madera de ratán, siguiendo un proceso de 10 días de duración.

El resultado obtenido por los científicos italianos fue un material óseo muy resistente, capaz de soportar la pesada carga de cualquier cuerpo, y duradero, que no tendría que ser reemplazado.

Sommerdijk y sus colaboradores, por su parte, no tienen intención de producir huesos después de su descubrimiento. Según el investigador: “nosotros hemos dado un gran paso en el terreno de la formación ósea, pero nuestro interés es comprender el desarrollo de los huesos, no producirlos”.

Desarrollo de otros nanomateriales

El avance realizado abre la puerta a un nuevo campo de investigación para los científicos de la TU/e. Éstos confían en que los mismos principios aplicados al desarrollo óseo puedan usarse para producir varios tipos de nanomateriales.

Los nanomateriales, menores que una décima de micrómetro, presentan diversas características que los hacen especialmente atractivos para la ingeniería, como el tener propiedades fundamentales modificables (magnetización, propiedades ópticas, temperatura de fusión, etc.) con respecto a los mismos materiales en escalas corrientes.

Sommerdijk y Nudelman están empezando a trabajar a escala nanométrica con la magnetita, un material magnético que puede usarse como biomarcador o como almacenamiento de datos.

Pero sus ambiciones van aún más lejos, según Sommerdijk: “creo seriamente que podemos desarrollar todo tipo de materiales utilizando los mismos principios (que en la formación de huesos). La formación biomimética de materiales magnéticos es un área nueva, que permanece aún totalmente inexplorada”.

Los resultados de la presente investigación han aparecido publicados en la revista especializada Nature Materials.

lunes, 15 de noviembre de 2010

Células madre contra el desgaste muscular

Una inyección de células madre logró proteger los músculos de ratones del desgaste asociado a la vejez, dice un estudio.


El avance, afirman los científicos, podría conducir a tratamientos para la regeneración muscular en pacientes con enfermedades como distrofia muscular o el debilitamiento de los músculos asociado a la edad.

Los investigadores de la Universidad de Colorado trasplantaron células madre a ratones jóvenes y observaron que el tamaño de sus músculos se duplicó. Y los beneficios perduraron hasta la vejez.
Tal como expresan los científicos en Science Translational Medicine (Medicina Traslacional), el estudio podría ayudar a tratar varios trastornos musculares si se logra repoblar áreas de tejido dañadas por enfermedades o lesiones.
Resultado sorpresivo
La debilidad muscular es un problema común entre las personas de edad avanzada y está vinculada a la pérdida de masa muscular en brazos y piernas.
Este trastorno puede conducir a una súbita disminución en la calidad de vida de los ancianos y en algunos casos a un incremento en la necesidad de apoyo y cuidados adicionales.
Los científicos todavía no logran comprender con claridad las razones por las que ocurre una reducción en la producción de células musculares en la vejez, pero el trabajo de la Universidad de Colorado probó la teoría de que las células madre musculares podrían ayudar a detener o incluso revertir este trastorno.
Los expertos indujeron una lesión en los músculos de la extremidad de ratones jóvenes y les inyectaron células madre musculares tomadas de otro ratón.

Descubrieron que la herida no sólo logró sanar rápidamente, sino que además el tamaño de su músculo aumentó un promedio de 170%, con un incremento de 50% en la masa muscular.
Los más sorprendente, afirman los científicos, fue que estos beneficios no se evaporaron con el paso de los meses, como se predecía.
Cuando los ratones estaban a punto de cumplir dos años -el equivalente de la vejez en la edad humana-, el tamaño de sus músculos seguía igual.
El profesor Bradley Olwin, quien dirigió la investigación, afirma que "esto fue un resultado muy emocionante e inesperado".
"Ninguno de los signos que se ven los músculos envejecidos aparecieron en los ratones. Al parecer, el material trasplantado provocó un estímulo para que las células se autorrenovaran, esencialmente dirigiendo la producción de células musculares".
La lesión que los expertos crearon en el ratón también pareció tener un papel importante en este proceso, porque cuando las células madre fueron inyectadas en un músculo que no había sido lesionado no se observó crecimiento.
Obstáculos
El profesor Olwin afirma que, aunque las células utilizadas en estos experimentos se originaron de otros ratones, algún día podría ser posible diseñar un fármaco que pueda provocar una respuesta similar con las propias células madre del paciente.


Según el investigador, esto podría abrir la puerta a nuevos tratamientos tanto para la pérdida de masa muscular en la vejez como para enfermedades como la distrofia muscular, con la cual se inicia un desgaste muscular irreversible en la juventud.

Otros expertos subrayan que, aunque el estudio es "estimulante", hay varios obstáculos que tendrán que resolverse antes de poder contar con una terapia para seres humanos.
Uno de estos obstáculos, dice el doctor Hans Degens, del Instituto para la Salud y Movimiento Humano de la Universidad Metropolitana de Manchester, Inglaterra, es la necesidad de controlar el rechazo del sistema inmunológico cuando se trasplantan células de un donante.
"Una de las principales preocupaciones es que al parecer es necesario inducir una herida antes del tratamiento", comenta el especialista.
"Y con el desgaste muscular tendríamos que decidir qué músculos tratar, ya que la terapia sólo tiene un efecto en un músculo".
"También debemos notar que los músculos de ratones son considerablemente más pequeños que los músculos humanos, así que tendríamos que aplicar mútiples inyecciones", agrega.