Nanotecnología para analizar la recuperación de huesos
Fuente: Remedios Valseca / Fundación Descubre
La osteogénesis por distracción ósea es un procedimiento de reconstrucción en el que se utiliza un elemento externo denominado distractor que separa gradualmente el hueso.
Investigadores del departamento de Ingeniería Minera, Mecánica y Energética de la Universidad de Huelva y del grupo de investigación Ingeniería Mecánica de la Universidad de Sevilla han desarrollado un método que analiza la recuperación en fracturas y otras dolencias óseas con un método que observa el proceso en el nivel de nanoescala. Con los resultados obtenidos se podrá generar un sistema informático que permitirá a los médicos valorar nuevos tratamientos personalizados.
El estudio, en el que también han participado el equipo de cirugía del Hospital Virgen del Rocío y el Hospital veterinario de Córdoba, así como la Universidad de Extremadura, ofrece los datos necesarios que determinan la firmeza y elasticidad de los huesos en cada estadio de su recuperación, además de su composición. El uso de métodos de estudio a nivel de nanómetro, una medida diez mil veces menor al grosor de un cabello, permite la observación al detalle del proceso de formación de los tejidos del hueso y su evolución, base del trabajo ‘Mechanical characterization via nanoindentation of the woven bone developed during bone transport’ publicado en la revista Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials.
Así, a través del método denominado de indentación, una pequeña punta de diamante aplica una presión sobre el tejido en distintos momentos de su regeneración para obtener sus propiedades mecánicas, como la rigidez o la elasticidad, y conocer en cada estadio qué características presenta. “Poder utilizar estos datos para predecir con modelos computacionales los tiempos necesarios de recuperación del tejido óseo según las particularidades de cada caso es un logro considerable. Esto permite una metodología médica más exacta que no se ha alcanzado hasta el momento”, indica a la Fundación Descubre el investigador de la Universidad de Huelva Juan Mora, uno de los autores del artículo.
Alargar, observar, tratar
Las técnicas de nanoindentación son utilizadas para la medición de las propiedades mecánicas en aplicaciones microelectrónicas y para la deformación de estructuras a micro y nanoescala. La punta de diamante aplica una fuerza determinada sobre un punto concreto. Los nanoindentadores incorporan microscopios ópticos por lo que, al mismo tiempo que se ejerce la presión, se puede analizar tanto la dureza y la elasticidad como la composición a nivel celular.
El investigador Juan Mora de la Universidad de Huelva, autor del artículo.
Concretamente, el estudio se ha centrado en la osteogénesis por distracción ósea, un procedimiento de reconstrucción en el que se utiliza un elemento externo denominado distractor que separa gradualmente el hueso. Este mecanismo transmite fuerzas de tracción sobre el callo que se va formando para conectar la fractura y así consigue un estiramiento que produce la formación de nuevo tejido entre las superficies de los segmentos separados.
Es en el tejido generado durante la distracción ósea, donde la punta de diamante ejerce una presión en distintas localizaciones analizando las características mecánicas del nuevo tejido que se va creando. De esta manera, la información que se obtiene en cada estadio podría contribuir a determinar si el tratamiento que se ha establecido es el adecuado o no.
Fracturas más controladas
Los ensayos se realizaron con ovejas in vivo. Tras la intervención quirúrgica a través de este sistema de distracción, los expertos observaron la evolución con nanoindentación en distintos momentos. Concretamente, las muestras para el análisis de la composición y calidad de los nuevos tejidos se tomaron a los 35, 50, 79, 98, 161 y 525 días después de la intervención, confirmando que la rigidez del nuevo tejido óseo generado aumenta durante el proceso de distracción y consolidación. Estos resultados suman a las variables biológicas o médicas nuevas
Muestras de hueso de las ovejas a los 161 días después de la cirugía: (d) hueso cortical, (e) callos de distracción y (f) lugar de acoplamiento
posibilidades para los tratamientos traumatológicos y de cirugía al conocer de una manera detallada la evolución y desarrollo del nuevo tejido.
De esta manera y partiendo de los datos obtenidos en este trabajo pueden construirse modelos computacionales para caracterizar el comportamiento del tejido del callo durante la recuperación. “Conocer la estimulación mecánica y su respuesta permite comprender los mecanismos de formación ósea y sus diferencias dependiendo de las particularidades mecánicas de cada proceso, como el transporte, el alargamiento óseo o la cicatrización de la fractura”, concluye el investigador.
Micrografías de las regiones indentadas en distintas zonas para 35 (a), 161 (b) y 525 (c) días después de la cirugía.
El trabajo forma parte de los proyectos ‘Modelos de Comportamiento del Tejido Óseo Inmaduro en el Callo de Distracción Ósea’ y ‘Desarrollo mediante moldeo robotizado y optimización mecánica de andamiajes híbridos coaxiales cerámico/polímero para aplicaciones biomédicas’ financiados por el Ministerio de Economía y Competitividad .
Referencia:
Juan Mora Macías, Antonia Pajares, Pedro Miranda,Jaime Domínguez y Esther Reina Romo.
‘Mechanical characterization via nanoindentation of the woven bone developed during bone transport’. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials
Imágenes:
El investigador Juan Mora de la Universidad de Huelva, autor del artículo.
https://www.flickr.com/photos/fundaciondescubre/37076453411/in/dateposted-public/
Muestras de hueso de las ovejas a los 161 días después de la cirugía: (d) hueso cortical, (e) callos de distracción y (f) lugar de acoplamiento.
https://www.flickr.com/photos/fundaciondescubre/37076453351/in/dateposted-public/
Micrografías de las regiones indentadas en distintas zonas para 35 (a), 161 (b) y 525 (c) días después de la cirugía.
https://www.flickr.com/photos/fundaciondescubre/37076453261/in/dateposted-public/
La osteogénesis por distracción ósea es un procedimiento de reconstrucción en el que se utiliza un elemento externo denominado distractor que separa gradualmente el hueso.
https://www.flickr.com/photos/fundaciondescubre/37076453441/in/dateposted-public/
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