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Cryo analytical microscopy of cell-mediated mineralization in models of bone disease

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Entender qué hace que un hueso sea fuerte y sano

Gracias a un nuevo proceso optimizado de preparación de muestras, los investigadores pueden comprender mejor la diferencia entre la mineralización ósea sana y la disfuncional.

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Igual que no se puede construir un gran edificio sobre unos cimientos débiles, no se puede tener un cuerpo sano sin unos huesos fuertes. Por suerte, gracias a un proceso llamado mineralización, nuestros huesos son bastante buenos para mantenerse en forma. «Mientras que la mineralización ósea contribuye a formar un hueso fuerte y rígido, cuando la mineralización es irregular puede ocurrir lo contrario», afirma Suwimon Boonrungsiman, científica e investigadora del King’s College de Londres. Entonces, ¿dónde está el límite entre una mineralización ósea buena y una disfuncional? Con el apoyo del proyecto BoneImaging, financiado con fondos europeos, Boonrungsiman se propuso averiguarlo. Esta investigación se llevó a cabo con el apoyo del programa de acciones Marie Skłodowska-Curie.

Un nuevo proceso de preparación de muestras

Según Boonrungsiman, el proceso por el que se regula la mineralización en el hueso sano y patológico no se conoce bien. «Si pudiéramos desvelar este complejo mecanismo e identificar el proceso que conduce a los procesos patológicos, podríamos abrir la puerta al desarrollo de estrategias terapéuticas para restaurar la función ósea», añade. El reto es que los procesos tradicionales de preparación de muestras pueden comprometer la cristalinidad de los minerales, lo que puede dar lugar a interpretaciones erróneas. Para evitar este riesgo, los investigadores crearon un proceso de preparación de muestras basado en la microscopía electrónica, un proceso que utiliza un haz de electrones para ampliar la imagen de un objeto. Esto no solo permite examinar una muestra calcificada, sino que, lo que es más importante, permite hacerlo sin introducir inadvertidamente artefactos no deseados durante la preparación de la muestra. «Nuestro método de preparación de muestras permite analizar exhaustivamente todo el proceso de mineralización, desde la nucleación y el transporte dentro de las células óseas hasta su incorporación final a la matriz ósea», explica Boonrungsiman.

Una comparación directa y diferenciable

Utilizando este método de preparación de muestras, en el proyecto BoneImaging se rastrearon dos procesos de mineralización regulados por células. Uno de ellos ocurrió intracelularmente, o dentro de las mitocondrias y vesículas, mientras que el otro se produjo extracelularmente, o dentro de las vesículas de la matriz. «Nuestro trabajo proporcionó una visión paso a paso de estos dos mecanismos, lo que permitió una comparación directa y diferenciable basada en el tamaño y las morfologías minerales», indica Boonrungsiman. El equipo del proyecto también estudió el mecanismo de mineralización en el hueso hipomineralizado, donde se indentificaron dos alteraciones de los orgánulos de mineralización. Sin embargo, dado que estos orgánulos coexisten con mecanismos normales, se necesitan más investigaciones y análisis químicos para confirmar estas alteraciones y establecer su conexión con el fenotipo observado.

Abrir la puerta al restablecimiento de la función ósea

El proyecto BoneImaging ha aportado información que faltaba sobre el proceso de mineralización, lo que ha permitido avanzar en la comprensión de las características de un hueso sano. «La identificación de mecanismos alterados dentro del modelo genéticamente deficiente puede proporcionar un vínculo para comprender los fenotipos anormales y proporcionar datos preliminares para futuros estudios dirigidos a determinar objetivos de tratamiento para restaurar la función ósea», concluye Boonrungsiman. Sin embargo, el trabajo del proyecto no se limita en absoluto a la mineralización ósea. Su flujo de trabajo de preparación y análisis de muestras también puede aplicarse a otros tejidos calcificados, como la calcificación patológica.

Palabras clave

BoneImaging, función ósea, hueso, mineralización ósea, microscopía electrónica

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