Metodología ayudaría a mejorar procesos de remodelación ósea

Por medio de modelos matemáticos se brindan herramientas cuantitativas para mejorar tratamientos de remodelación ósea, los cuales permiten la renovación del hueso en enfermedades como la osteoporosis.

Esta nueva metodología permitiría analizar el efecto de una carga mecánica en un paciente con alguna enfermedad en los huesos, lo que lleva a una estructuración interna de estos y a ajustar algunos parámetros en procesos de remodelación ósea.

El remodelado óseo es un proceso de reestructuración del hueso existente –que está en constante formación y reabsorción– manteniendo su estructura y conservando sus minerales. En condiciones normales, en este proceso se renueva entre 5 y 10 % del hueso al año.

A nivel microscópico, el remodelado óseo se produce en unidades básicas multicelulares, en las cuales los osteoclastos (células del hueso) reabsorben una cantidad determinada de hueso y los osteoblastos (otras células) forman la matriz osteoide (tipo de fibra que rellena entre el 40 y el 50 % de la cavidad ósea) y la mineralizan.

En estas unidades multicelulares las células se rigen por una serie de factores –tanto generales como locales– que permiten el normal funcionamiento del hueso para mantener la masa ósea. Cuando este proceso se desequilibra aparecen enfermedades de los huesos por exceso (osteopetrosis) o por defecto (osteoporosis).

En este sentido, la investigación del ingeniero mecánico Diego Alfredo Quexada Rodríguez, magíster en Ingeniería Biomédica de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), brinda herramientas cuantitativas para la parte clínica, tendientes a determinar los principales grupos trabeculares (zona esponjosa del interior del hueso) que se forman en una condición de carga específica, y puede ayudar a tratamientos de casos en los que es necesario conocer la densidad de estos grupos o si dependen de una carga mecánica.

El hueso esponjoso, también llamado hueso trabecular, es el tejido interno del hueso esquelético y es una red porosa de células abiertas; se localiza, por ejemplo, en las epífisis de los huesos, es decir en los extremos o las puntas, y está rodeada por una capa compacta y juntos trabajan para resguardar las células y los pequeños elementos óseos.

“Lo primero en nuestro estudio fue recoger algunos casos de la literatura, y tomamos en detalle elementos para hacer simulaciones de estructuras en el hueso, en este caso de la trabécula, que es como una viga pequeña. Tratamos de representar la estructura trabecular en términos de arreglos de elementos que se usan en simulaciones de ingeniería usando el método de elementos finitos”.

Después planteamos un modelo que integrara la dinámica de las células osteoclastos y osteoblastos, involucradas en el proceso de remodelación ósea. “Tratamos de hallar cómo se relaciona la carga mecánica con algunos parámetros biológicos, como factores locales y globales de estas células, y cómo varían las poblaciones de ellas en el tiempo a medida que avanza el ciclo de remodelación”.

Por último, a partir de la ingeniería hicimos impresiones en 3D de piezas con una estructura interna similar a la topología del hueso trabecular, usando así un proceso de optimización bioinspirado (resolución de problemas usando un comportamiento natural).

Conoce más proyectos y contacta a los investigadores a través del sitio web de la División de Extensión sede Bogotá o mediante el correo deb_bog@unal.edu.co.

Fuente:

• Contenido elaborado por fin/SMC/MLA/LOF, el 25 de noviembre de 2021 en la Agencia de Noticias de la Universidad Nacional de Colombia. Consulta los detalles en este enlace.
• Foto de portada: Doctor pointing at human skeleton on laptop in hospital office during consultation of old woman before surgery, DCStudio, Freepik.esñ. Licencia gratis para uso personal o comercial con atribución.

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