Dilucidar el proceso de mineralización del colágeno en los huesos
El colágeno es un componente básico de los huesos. Esta proteína larga y fibrosa se organiza en haces y se mineraliza, como el hormigón armado, proporcionando estructura y soporte. Además, la organización jerárquica del colágeno en una matriz confiere al hueso sus impresionantes propiedades mecánicas. «Es resistente, pero es un poco flexible; es decir, no te rompes la pierna al chocar con una mesita de café», comenta Nico Sommerdijk(se abrirá en una nueva ventana), catedrático del Departamento de BioCiencias Médicas en el Hospital Universitario Radboud. Sin embargo, al ser un material muy jerárquico, el colágeno varía según la zona. Esto dificulta comprender cómo se construye y de qué está hecho. Cómo se produce la mineralización del colágeno es una cuestión aún más compleja, que Sommerdijk y su equipo trataron de resolver a través del proyecto COLMIN(se abrirá en una nueva ventana). El proyecto COLMIN fue financiado por el Consejo Europeo de Investigación(se abrirá en una nueva ventana). «Quería trabajar en un sistema vivo donde pudiera observar cómo se producen el mineral y el colágeno y cómo interactúan entre sí, lo que denomino un “sistema 'in vitro' vivo”», explica Sommerdijk.
Creación de un «minihueso» y un «hueso en un chip»
El equipo de COLMIN creó un fragmento de tejido óseo lo más parecido posible al real a escala nanométrica, con el fin de comprender el proceso de formación del hueso. Los investigadores estimularon células madre para que se diferenciaran en células del tejido óseo, en concreto en osteoblastos, que son responsables de la síntesis del hueso. Desarrollaron un organoide en forma de «minihueso» y con un tamaño inferior a 1,2 nanómetros, un tejido similar al hueso primitivo desordenado y flexible. Gracias a ello, pudieron observar cómo el tejido formaba la matriz extracelular de colágeno antes de que se produjera la mineralización. Estos procesos se estudiaron mediante microscopía de fluorescencia óptica. Para analizar la estructura tridimensional, idearon un sistema capaz de mantener las células vivas durante la obtención de imágenes, creando así un «hueso en un chip».
Avances en técnicas de microscopía
En la microscopía electrónica criogénica, las muestras están congeladas, lo que dificulta localizar lo que se busca; es como mirar solo la superficie de un lago helado para encontrar algo que está en el fondo, añade Sommerdijk. Por ello, un miembro del proyecto diseñó un portamuestras innovador capaz de imprimir un patrón en la muestra antes de congelarla, proporcionando así un mapa que permitió al equipo estudiar la estructura tridimensional. A continuación, se empleó otra técnica, la microscopía Raman, para analizar la información química del hueso. El equipo decidió desmineralizar un fragmento de hueso humano y, combinando sus técnicas de imagenología, observar cómo se remineralizaba. Gracias a esto, lo investigadores lograron visualizar diferentes tipos de mineralización en muestras óseas de pacientes con osteogénesis imperfecta, una enfermedad rara en la que el colágeno se modifica excesivamente durante su producción, lo que da lugar a una formación ósea caótica.
Nuevos conocimientos sobre la osteogénesis imperfecta
«Ahora contamos con un estudio de seguimiento muy detallado en el que mostramos que esta sobremodificación, que ocurre solo en algunos lugares, tiene un gran impacto en cómo el colágeno logra organizarse en esta estructura altamente jerárquica», explica Sommerdijk. Otro descubrimiento importante fue examinar cómo la fetuina, una proteína que podría transportar minerales hacia los huesos, se desplaza por el organismo hasta las células. «De hecho, pudimos observar por primera vez un proceso biológico en un microscopio electrónico en fase líquida», agrega Sommerdijk. Los hallazgos del proyecto ayudarán a establecer un referente para el análisis avanzado de la formación ósea y permitirán comprender mejor este complejo proceso.
