Nuevas técnicas de imagenología revelan cómo el envejecimiento y las enfermedades alteran los huesos
La osteoporosis(se abrirá en una nueva ventana) es una enfermedad en la que los huesos pierden resistencia y se vuelven más frágiles debido al deterioro de su estructura interna. Como consecuencia, aumenta el riesgo de fracturas, incluso tras caídas leves o movimientos cotidianos. «La osteoporosis suele asociarse al envejecimiento y a los cambios hormonales, pero también puede estar causada por inflamación crónica. Este proceso altera el equilibrio entre la formación y la resorción ósea y acelera la pérdida de masa ósea», explica Georg Schett, coordinador del proyecto 4-D nanoSCOPE(se abrirá en una nueva ventana), financiado por el Consejo Europeo de Investigación(se abrirá en una nueva ventana). Esta forma de osteoporosis asociada a la inflamación tiene una especial relevancia para las personas que padecen trastornos inflamatorios crónicos o enfermedades autoinmunitarias(se abrirá en una nueva ventana), aunque sigue estando infradiagnosticada. El objetivo del proyecto 4-D nanoSCOPE era cambiar esta situación. En el proyecto se investigó cómo afecta la inflamación a la estructura ósea a distintas escalas espaciales y temporales, así como la manera en que estos cambios estructurales reducen la resistencia ósea. Para ello, el equipo desarrolló una nueva generación de herramientas de análisis y obtención de imágenes. «Nuestro método no solo permite caracterizar y analizar la estructura ósea a distintas escalas, sino también correlacionar las características estructurales con procesos biológicos y propiedades mecánicas. De este modo, se obtiene información sobre la resistencia ósea y sobre la influencia de enfermedades y tratamientos», comenta Schett, del Hospital Universitario de Erlangen(se abrirá en una nueva ventana), entidad anfitriona del proyecto.
Desarrollo de una plataforma integral de imagenología
Antes de 4-D nanoSCOPE, las técnicas disponibles para obtener imágenes de los huesos presentaban limitaciones importantes, a saber: resolución insuficiente, análisis restringido a determinadas escalas o incapacidad para registrar cambios dinámicos temporales. Por ello, no era posible observar el proceso de remodelación ósea en cuatro dimensiones (4D) —tres dimensiones espaciales y una temporal—, sobre todo en condiciones biológicas realistas. En el proyecto se desarrolló una técnica que combina en un único flujo de trabajo nanoscopía avanzada de rayos X(se abrirá en una nueva ventana), métodos complementarios de obtención de imágenes y análisis de datos asistido por inteligencia artificial. Una vez obtenidas las muestras óseas, estas se analizan en 3D mediante microscopía de rayos X. Posteriormente, herramientas de inteligencia artificial realizan un análisis cuantitativo de las imágenes. Estos sistemas identifican microestructuras y cuantifican sus propiedades. Además, permiten seguir su evolución temporal. A diferencia de los métodos tradicionales, que dependen de grandes infraestructuras científicas, este sistema puede utilizarse en laboratorios convencionales, lo que amplía el acceso a técnicas de imagenología de alta resolución. Entre las innovaciones técnicas desarrolladas figuran un detector ultrarrápido y de gran sensibilidad, capaz de adquirir imágenes con rapidez y reducir al mismo tiempo la exposición a la radiación, así como soportes y protocolos de imagen que garantizan el posicionamiento reproducible de las muestras.
Contribución a las prioridades europeas en salud e innovación digital
En el marco del proyecto se llevaron a cabo diversos estudios experimentales y análisis computacionales. «Nuestros resultados demuestran que ahora es posible estudiar el hueso de una forma más integrada, cuantitativa y con resolución temporal. Además, pudimos comparar distintas causas de pérdida ósea, entre ellas la inflamación, el envejecimiento y los cambios hormonales», explica Schett. Al mejorar el diagnóstico, 4-D nanoSCOPE abre la puerta a estrategias preventivas y tratamientos más específicos. Esto podría mejorar la calidad de vida de las personas afectadas y contribuir a la sostenibilidad de los sistemas sanitarios. Los próximos pasos del equipo se centran en seguir desarrollando y aplicando las tecnologías y métodos generados en el proyecto. «Queremos acercarnos a la aplicación clínica. Por ejemplo, mediante la integración de nuestras técnicas en investigaciones orientadas al diagnóstico, al seguimiento terapéutico y al desarrollo de tratamientos», agrega Schett. Los flujos de trabajo y los conjuntos de datos del proyecto se pondrán a disposición de la comunidad científica para facilitar estudios ulteriores y ampliar sus aplicaciones. Esto posibilitará nuevas oportunidades de colaboración interdisciplinaria en ámbitos como la investigación musculoesquelética, la ciencia de materiales y la ingeniería biomédica.
