La osteoartritis, que afecta a alrededor de 14 millones de personas solamente en los EEUU, ocurre cuando el cartílago entre las articulaciones se degrada y desaparece, haciendo que los huesos de las articulaciones se muelan contra si mismos, produciendo mucho dolor. Existen terapias que pueden aliviar algo del dolor, y algunos pacientes hasta se hacen transplantes de articulación; sin embargo no existe cura. Ahora, los nanotecnólogos en la Universidad de Basilea en Suiza, han demostrado que los cambios moleculares que son característicos en las etapas tempranas de la enfermedad pueden ser detectados con un microscopio de fuerza atómica (AFM). Los investigadores esperan que usando esta técnica altamente sensible para monitorear la respuesta a terapias de osteoartritis se dará impulso al desarrollo de medicamentos más efectivos para las personas con esta enfermedad.

Otros grupos de investigación han utilizado el AFM, una de las herramientas estándar de la ciencia material, para estudiar las propiedades mecánicas de tejidos incluyendo las células de los huesos y aun, las células individuales como las células cancerígenas. Los investigadores, liderados por Martín Stolz, un nanotecnólogo de la Universidad de Basilea, son los primeros en aplicar la técnica al cartílago. El AFM puede detectar la degradación del cartílago décadas antes que los métodos de diagnóstico convencionales lo hacen, según informó el equipo esta semana en la revista Nature Nanotechnology.

Los síntomas de osteoartritis son causados por cambios a nivel molecular en el tejido que no es visible en los medios convencionales, tales como las imágenes de radiografías.”La osteoartritis, como muchas otras enfermedades, comienza a nivel de las moléculas, [y las técnicas actuales] no se enfocan en donde comienza,” afirma Stolz. “La escala molecular es donde se encuentran los primeros cambios --- es allí donde uno debería concentrarse.”

El cartílago está compuesto de fuertes fibras de colágeno que proveen estructura, y también proteínas de apoyo que atraen agua y que mantienen el colágeno en posición. En la osteoartritis, las proteínas de soporte dentro del cartílago se desintegran, secando la articulación y conllevando a la rotura de las fibras de colágeno y la eventual pérdida del cartílago. Convencionalmente, la osteoartritis se diagnostica a partir de imágenes radiográficas o cuando un médico, utilizando una sonda quirúrgica mínimamente invasiva llamado un artroscopio, que observa cambios en la apariencia del cartílago. El cartílago normal parece ser de color blanco y brilloso bajo el artroscopio; pero cuando osteoartritis se encuentra presente y el tejido se empieza a degradar, el cartílago pierde su brillo y toma una apariencia parecida a la pana. Cuando estos cambios son visibles, Stolz declara, el daño más grande al tejido ya ha tomado lugar.

"Debido a que el AFM chequea las propiedades mecánicas del cartílago, y no su apariencia, es mucho más sensible", afirma Hari Reddi, un ortopedista de la Universidad de California, Davis, quien no forma parte de la investigación. Dentro de los datos de la AFM, los pequeños incrementos en los espacios de las fibras del colágeno y su dureza mayor ---cambios característicos de las etapas tempranas de la enfermedad --- son visibles.

En el estudio, el equipo encontró que el AFM podía captar la degradación de cartílago en ratones saludables mucho antes de que el tejido mostrara señales visibles de envejecimiento, y aun antes de que un microscopio de electrón ---un sistema de imágenes de alta resolución que no mide las propiedades mecánicas --- pudo captar los cambios. El equipo también detectó daño en el cartílago de los ratones con una enfermedad parecida a la osteoartritis humana cuando los ratones tenían solamente un mes de edad --- mucho antes de que los animales tuvieran signos de la enfermedad.

Cuando los investigadores utilizaron el AFM en biopsias de cartílago humano tomadas de pacientes en proceso de obtener reemplazos de rodilla o cadera, encontraron que podía precisar la degradación en el tejido que fuera dependiente de la edad ---aun en cartílago exterior que se veía perfectamente sano --- mucho antes de que otros instrumentos lo hicieran. “Proveemos una medida en escala nano que muestra la rotura de [las moléculas],” dice Stolz “No se puede detectar por ningún otro medio.” Es posible que esta técnica sea eventualmente utilizada para realizar un diagnóstico temprano de osteoartritis que fuera mínimamente invasiva. “Cuando un paciente llega quejándose, ya es muy tarde. El cartílago ya está degradado,” dice Reddi.

Aun si las pruebas clínicas muestran el valor del AFM para el diagnóstico de la enfermedad, todavía no existe cura, reconoce Stolz. Sin embargo, el AFM podría acelerar el desarrollo de terapias de osteoartritis. “Si se produce una medicación potencial, se tiene que esperar seis meses antes de ver su efecto en la escala macro” utilizando una imagen radiográfica o un artroscopio, dice Stolz. “Nuestra herramienta claramente muestra los cambios a un mes…Si se piensa en ello en cuanto al desarrollo de medicamentos, se salva mucho tiempo y dinero.” Jingsong Wang, un reumatólogo en la Facultad de Medicina de la University of Pennsylvania, concuerda que el mayor beneficio de la tecnología reside en el desarrollo de medicamentos, haciendo notar que nueve medicamentos importantes contra la osteoartritis fallaron en ensayos clínicos debido al hecho de que los pacientes no mostraron progreso alguno.” Se tiene que mostrar la progresión en tu grupo de tratamiento utilizando una herramienta de imágenes, y la única herramienta aprobada es el aparato de rayos X,” dice Wang. “Una herramienta de medición [más] precisa es un primer paso para poder estudiar esto.”

Los investigadores esperan poder desarrollar un artroscopio que integra la punta del AFM, lo cual permitirá a los médicos monitorear de manera más precisa la progresión de osteoartritis, y ofrecer una mejor herramienta para la evaluación de la eficacia de las terapias de osteoartritis actualmente en vías de desarrollo. Stolz también planifica utilizar el microscopio en los vasos sanguíneos del corazón y el cerebro para determinar si el AFM puede detectar síntomas tempranos de riesgo de ataque cardíaco o embolia cerebral.