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NanoSTARS imaging for STEM cell therapy for arthritic joints

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Un nuevo sistema de técnicas de imagen ayuda a optimizar el tratamiento de la artritis con células madre

Las células madre ofrecen una vía terapéutica prometedora para la artrosis, pero las técnicas de obtención de imágenes actuales tienen dificultades para evaluar la eficacia del tratamiento. El equipo de un proyecto financiado con fondos europeos ha creado una nueva técnica capaz de generar imágenes de células madre a niveles clínicamente relevantes.

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La artritis es una afección incapacitante y la enfermedad más prevalente en el mundo. La artrosis, causada por el desgaste gradual del cartílago de las articulaciones con el paso del tiempo, afecta a alrededor del 10 % de la población mundial. Solo en Europa hay unos 70 millones de enfermos. Aún así, todavía no existe ningún tratamiento eficaz. La mayoría de los tratamientos se centran en aliviar los síntomas y no restauran la forma o la función. Las células madre constituyen una vía terapéutica prometedora, ya que ofrecen una oportunidad única para regenerar el cartílago lesionado. Sin embargo, este tratamiento se ve obstaculizado por la incapacidad de detectar al instante si el prendimiento del injerto ha sido satisfactorio mediante técnicas convencionales de obtención de imágenes. «La promesa de los tratamientos con células madre se ve frenada por el desconocimiento de adónde van estas células y qué hacen en las personas», explica Martin Leahy, catedrático de Física Aplicada de la Universidad de Galway.

Restricciones de las tecnologías actuales

Las tecnologías de obtención de imágenes actuales no pueden detectar elementos con un tamaño inferior a 1/200 de la profundidad del tejido y las células madre tienen un bajo contraste intrínseco, lo que dificulta su visualización. «Esto limita los avances sobre sus propiedades curativas y su seguridad», comenta Leahy. Leahy coordinó el proyecto STARSTEM, financiado con fondos europeos, en el que se propuso una nueva e innovadora técnica de obtención de imágenes capaz de captar células madre humanas a niveles clínicamente relevantes. El equipo de STARSTEM introdujo el uso de nanoestrellas de oro, que absorben diez veces más luz que los colorantes convencionales y ayudan a localizar con precisión las células madre. «Pudimos ver células madre mesenquimales (CMM) y vesículas extracelulares (VE) en profundidad en rodillas de oveja, el mejor modelo de artrosis de rodilla humana, durante varios meses tras la inyección», señala Leahy. Las CMM son células aisladas de una mezcla que consta de médula ósea y las VE son vesículas diminutas del interior de las CMM.

Obtención de imágenes con nanotecnología

El equipo de STARSTEM pretendía aprovechar y mejorar las propiedades que ofrece la técnica fotoacústica, un sistema atraumático que utiliza el láser para construir imágenes de tejidos— y otras sustancias— bajo la piel. Los nanomateriales poseen ciertas propiedades que les permiten mejorar este tipo de sistema de obtención de imágenes. Los investigadores de STARSTEM realizaron la internalización de las nanoestrellas de oro en células madre, lo que aumenta el contraste y mejora la obtención de imágenes de tejidos profundos. «Las nanoestrellas de STARSTEM se optimizaron para proporcionar la mayor deposición de energía y, por tanto, el mayor contraste fotoacústico de cualquier partícula», explica Leahy. «La energía depositada en las nanoestrellas hace que las células y tejidos circundantes vibren más que con cualquier otra partícula, por lo que se hacen más fácilmente visibles con el sistema fotoacústico», añade. El equipo optimizó cada parte del proceso de obtención de imágenes, lo que les permitió detectar el número más reducido de CMM y VE a profundidades clínicamente pertinentes. Mediante una serie de ensayos, pudieron encontrar el tamaño y la forma óptimos de las nanopartículas de oro para mejorar el contraste de las imágenes. Estos avances permitieron que el equipo maximizara la captación de células madre, al tiempo que se aseguraba la ausencia de efectos tóxicos.

Hacia una medicina regenerativa

Los avances podrían ayudar a los científicos a comprender mejor el funcionamiento de las células madre y contribuir a la transición de la medicina preventiva a la regenerativa. Esta rama de la medicina tiene por objeto crear métodos para reparar o sustituir las células perdidas. Se cree que tanto las CMM como las VE desencadenan la cicatrización y favorecen la reparación tisular en el organismo. Ahora, el equipo de STARSTEM se propone probar sus nanoestrellas de oro en ensayos clínicos.

Palabras clave

STARSTEM, células madre, artritis, regenerativa, medicina, nanotecnología, nanomateriales, oro, vesículas, nanopartículas

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