Investigadores desarrollan técnica para replicar procesos de remodelación ósea
Crédito: CC0 Public Domain
Un equipo multidisciplinario de investigadores del Instituto de Ciencias de la Vida Aplicadas (IALS) de la Universidad de Massachusetts Amherst desarrolló una técnica para replicar la complejidad del tejido óseo y la procesos de remodelación. Este avance podría ayudar a los investigadores a profundizar en su estudio de la biología ósea y ayudar a mejorar el desarrollo de fármacos para la osteoporosis.
Publicado en Science Advances, los investigadores desarrollaron un nuevo biomaterial al que llaman papel de hueso desmineralizado. El equipo incluye a Jungwoo Lee, Yongkuk Park, Ryan Carpenter, ingeniería química; Eugene Cheong, bioquímica y microbiología; Jun-Goo Kwak, programa de posgrado en biología molecular y celular; y Jae-Hyuck Shim de la Facultad de Medicina de UMass en Worcester.
El equipo desarrolló un modelo organoide de hueso trabecular que reproduce la complejidad extracelular esencial y los procesos celulares de las cavidades del hueso trabecular. El hueso trabecular, o hueso esponjoso, es un hueso ligero y poroso que encierra numerosos espacios grandes que le dan un aspecto esponjoso o en forma de panal. Los huesos trabeculares son los «amortiguadores» del cuerpo, que transfieren cargas mecánicas desde la superficie articular al hueso cortical. Estos huesos tienen un contenido de calcio más bajo y más contenido de médula en comparación con el hueso cortical. La densidad del hueso trabecular disminuye con el envejecimiento.
«El hueso es un tejido multifuncional que no solo mantiene la estabilidad mecánica, sino que también regula la formación de sangre y el contenido de minerales en la sangre», dice Lee. «Sin embargo, investigar la biología de la remodelación ósea es un desafío porque este proceso ocurre dentro de la cavidad ósea. Es difícil acceder al tejido óseo duro y opaco, por lo que la creación de modelos realistas de tejido óseo fuera del cuerpo también mejorará nuestra comprensión de la biología ósea fundamental». como brindar nuevas oportunidades para modelar la progresión de la enfermedad y evaluar las respuestas a los medicamentos».
La remodelación ósea es un proceso de por vida durante el cual se extrae tejido óseo maduro del esqueleto y se forma tejido óseo nuevo. Estos procesos también controlan el reemplazo de hueso después de una lesión y el microdaño que ocurre durante la actividad diaria normal. El desarrollo óseo ocurre capa por capa a medida que las primeras células formadoras de hueso depositan colágeno estructural que a su vez se mineraliza para convertirse en hueso duro. Este proceso se repite para remodelar y modelar el tejido óseo a lo largo de la vida.
Los científicos de UMass tomaron huesos bovinos de un matadero local, luego los limpiaron y cortaron en pequeños trozos que luego desmineralizaron en un proceso químico. Para reproducir el proceso de remodelación ósea, el equipo desarrolló un biomaterial novedoso, papel de hueso desmineralizado, que imita la matriz estructural densa con secciones delgadas de hueso compacto bovino desmineralizado. Este material tiene un espesor y una superficie controlados. Es mecánicamente duradero y semitransparente, también.
El papel óseo desmineralizado apoya los procesos de osteoblastos y osteoclastos, que son células que residen y funcionan exclusivamente en la superficie ósea. Los osteoclastos son responsables de la reabsorción ósea envejecida y los osteoblastos son responsables de la formación de hueso nuevo.
El papel óseo sirve como una plantilla funcional sobre la cual los osteoblastos depositan rápidamente minerales estructurales, guiados por la estructura lamelar del colágeno denso, y formar hueso osteoide que tiene una profundidad similar a la que se observa en un organismo vivo. La semitransparencia del material permite monitorear los procesos celulares en curso con microscopía fluorescente, y es delgado pero lo suficientemente resistente como para manejarlo fácilmente. El papel óseo se puede producir en grandes cantidades: el equipo pudo producir más de 5000 piezas a partir de un fémur bovino.
Yongkuk Park, el primer autor, dice que el modelo de hueso trabecular podría humanizarse para la investigación traslacional reemplazando el bovino huesos. Los modelos de hueso trabecular humanizado podrían mejorar el poder predictivo de los estudios preclínicos y acortar el período de detección de medicamentos para la osteoporosis. También podría ayudar a los investigadores a facilitar el estudio futuro de numerosos aspectos de la biología ósea.
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Investigadores descubren nuevas células madre que pueden generar hueso nuevo Más información: Yongkuk Park et al, Trabecular bone organoid model for study the regulator of localizado bone remodeling, Science Advances ( 2021). DOI: 10.1126/sciadv.abd6495 Información de la revista: Science Advances
Proporcionado por la Universidad de Massachusetts Amherst Cita: Los investigadores desarrollan una técnica para replicar los procesos de remodelación ósea (2021, 26 de enero) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-01-technique-replicate-bone-remodeling.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.