Osteoporosis: Cómo los minerales rígidos y las fibrillas de colágeno flexibles se combinan a nanoescala para formar hueso
Osteoporosis: Cómo los minerales rígidos y las fibrillas de colágeno flexibles se combinan a nanoescala para formar hueso.

Un estudio dirigido por el Imperial College de Londres encontró que la flexibilidad, así como la densidad, en la nanoestructura ósea es un factor importante para evaluar la probabilidad de que alguien sufra fracturas. Los hallazgos, publicados hoy en Scientific Reports, sugieren que los médicos deben tener en cuenta no sólo la densidad ósea, sino también la flexibilidad ósea, al decidir cómo prevenir las roturas de los huesos, como con la osteoporosis.

Los médicos utilizan exploraciones DEXA (densitometría ósea), que observan la porosidad o densidad de los huesos, para evaluar la probabilidad de fracturas. Los escáneres DEXA detectan la debilidad ósea en la osteoporosis, una afección que causa el debilitamiento de los huesos, y sirven de base para tratamientos, como recetar bisfosfonatos, para ayudar a prevenir fracturas en estas personas.

Sin embargo, algunas personas cuyos huesos parecen sanos en las exploraciones DEXA tienen más probabilidades que otras de sufrir fracturas. Para averiguar por qué, los investigadores observaron los componentes básicos del hueso: minerales rígidos que rodean las fibrillas de colágeno flexibles, que son responsables de la resistencia de nuestros huesos a las fracturas durante los viajes y las caídas.

Utilizaron intensos haces de rayos X de alta energía generados por Diamond Light Source, el sincrotrón nacional del Reino Unido, para examinar la flexibilidad ósea a nanoescala. Pudieron evaluar cómo el colágeno y los minerales dentro del hueso se flexionan y luego se rompen bajo carga en la nanoestructura de las muestras de hueso de cadera.

Compararon el comportamiento de las muestras de tejido óseo bajo carga entre tres grupos de donantes: los que no habían sufrido fractura de cadera, ni ninguna otra fractura; aquellos sin antecedentes de tratamiento con bisfosfonatos que habían sufrido una fractura de cadera; y aquellos con antecedentes de tratamiento con bisfosfonatos que habían sufrido una fractura de cadera.

El equipo descubrió que los donantes sin fracturas tenían más probabilidades de tener una nanoestructura mineral y de colágeno flexible que aquellos que habían sufrido fracturas. Independientemente del tratamiento con bisfosfonatos, el colágeno y los minerales fueron menos flexibles bajo carga en pacientes con fracturas, lo que significa que el mineral se desprendió del colágeno con fuerzas mucho menores.

Los investigadores afirman que los huesos pueden haberse fracturado porque el tejido era demasiado inflexible y no podía deformarse para absorber energía durante un golpe o una caída, y que esto resalta la importancia de la flexibilidad en el colágeno y los minerales del hueso.

Por lo tanto, la flexibilidad a nanoescala podría ser importante para predecir futuras fracturas óseas y un objetivo para nuevos tratamientos, un hallazgo que podría informar el futuro tratamiento preventivo de las fracturas óseas.

El coautor del estudio, el Dr. Ulrich Hansen, del Departamento de Ingeniería Mecánica del Imperial, comenta que “tendemos a pensar en nuestros huesos como estructuras de soporte sólidas y duras, pero la flexibilidad parece ser extremadamente importante para la salud de los huesos. Si los huesos son demasiado duros, son menos capaces de absorber el impacto y es más probable que se rompan. Nuestro estudio sugiere que la flexibilidad podría ser tan importante como la densidad para prevenir fracturas“.

Vínculo con la osteoporosis

Uno de los principales factores de riesgo de las fracturas de cadera relacionadas con la edad es la osteoporosis, una enfermedad en la que se pierde la densidad ósea y los pacientes son propensos a sufrir fracturas. Por lo general, el tejido óseo viejo se descompone y se reemplaza por tejido nuevo. La osteoporosis tiene lugar cuando la ruptura del hueso supera a su reemplazo.

200 millones de personas en todo el mundo viven con osteoporosis. A los pacientes a menudo se les administra bisfosfonato, que corrige este desequilibrio al unirse a la superficie de los huesos y bloquear la extracción de hueso. En este estudio, los investigadores encontraron que los donantes con fracturas de cadera que habían recibido bifosfonatos durante entre uno y 13 años tenían menor resistencia tisular y flexibilidad a nanoescala que los donantes de fracturas no tratadas y un grupo de control.

Está clínicamente probado que los bifosfonatos reducen el riesgo de fracturas al aumentar la masa ósea y la densidad mineral, así como al rellenar los hoyos creados por células óseas hiperactivas. Los investigadores dicen que sus resultados podrían deberse a que en algunos usuarios de bifosfonatos, el fármaco podría unirse y endurecer los cristales minerales que rodean las fibras de colágeno dentro del hueso. El endurecimiento podría hacer que el hueso sea menos flexible y, por lo tanto, menos capaz de absorber el impacto.

Sin embargo, los hallazgos también podrían ser el resultado de que los huesos de los pacientes sean más osteoporóticos en primer lugar, y estos resultados podrían deberse a que los investigadores no pudieron controlar factores adicionales como la gravedad inicial de la enfermedad.

El coautor, el Dr. Richard Abel, del Departamento de Cirugía y Cáncer, comenta que “nos sorprendió ver que los usuarios de bisfosfonatos parecían tener nanoestructuras óseas menos flexibles. Quizás después de un largo período de tratamiento en algunos pacientes, hay una pérdida de flexibilidad a nanoescala que compensa algunos de los beneficios de la fuerza de los aumentos en la densidad ósea. Se necesita más investigación para determinar exactamente por qué esto es así y cómo esto podría afectar la práctica clínica en los usuarios a largo plazo“.

Tal vez debamos aprovechar el marco de tratamiento existente para agregar nuevos diagnósticos, terapias y seguimientos que aborden la salud ósea a nanoescala, y abordar el colágeno, no sólo el mineral. De esa manera podemos tratar a todos de la mejor manera posible“.

Es importante el papel de factores como el colágeno y la interacción entre el mineral y el colágeno a nanoescala

El autor principal, el Dr. Shaocheng Ma, del Departamento de Ingeniería Mecánica, afirma que “es posible que la cantidad de tensión mineral sea clave para desencadenar el proceso de fractura. Sin embargo, en pacientes que han tomado bifosfonatos durante mucho tiempo, el mineral podría volverse demasiado rígido, lo que hace que se desprenda del colágeno. Esto libera el colágeno y permite que se estire de manera incontrolable, lo que luego resulta en una fractura“.

Los investigadores aseguran que las personas que están tomando bifosfonatos deben seguir los consejos de sus médicos y buscar una revisión del tratamiento después de cinco y diez años según las pautas clínicas.

Actualmente, el diagnóstico, tratamiento y seguimiento de la fragilidad se centra en el mineral en el hueso, pero este estudio destaca el papel de otros factores como el colágeno y la interacción entre el mineral y el colágeno a nanoescala.

Fuente: Nature.

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