Por primera vez se usa nanotecnología para diagnosticar y evaluar progreso de la artrosis

Por primera vez, los científicos del Wake Forest Baptist Medical Center han podido medir una molécula específica indicativa de artrosis y otras enfermedades inflamatorias, usando una tecnología recientemente desarrollada.

Este estudio preclínico utilizó un sensor de nanoporos de estado sólido como herramienta para el análisis de ácido hialurónico (HA).

El álgido del hialurónico es una molécula natural que está involucrada en la hidratación tisular, la inflamación y la lubricación de las articulaciones.

El papel del ácido hialurónico en el diagnóstico de la artrosis

La abundancia y tamaño en la distribución de ácido hialurónico en los fluidos biológicos se reconoce como un indicador de inflamación, que conduce a la artrosis y otras enfermedades inflamatorias crónicas. También puede servir como un indicador del progreso de la enfermedad.

“Nuestros resultados establecieron un nuevo método cuantitativo para la evaluación de un biomarcador molecular significativo, que salva una brecha en la tecnología convencional “, dijo el autor principal Adam R. Hall, Ph.D., profesor asistente de ingeniería biomédica en la Escuela Wake Forest de Medicina, parte de Wake Forest Baptist.

Nanotecnología para diagnosticar y evaluar progreso de artrosis

Adam Hall, profesor asistente de ingeniería biomédica en la Escuela de Medicina de Wake Forest, inyecta microlitros de líquido en una celda de flujo. Esta contiene un dispositivo nanopore con la capacidad de detectar biomarcadores moleculares de la enfermedad.

Crédito: fotografía de Wake Forest Baptist Medical Center

Las ventajas de este nuevo método de diagnóstico

“Los requisitos de sensibilidad, velocidad y muestra pequeña, hacen que este enfoque sea algo atractivo para convertirse en la base de una poderosa herramienta analítica, con claras ventajas sobre las actuales tecnologías de evaluación”.

El método más utilizado es la electroforesis en gel, que es lenta, desordenada, semicuantitativa y requiere mucho material de partida, dijo Hall.

Otras tecnologías incluyen la espectrometría de masas y la cromatografía de exclusión por tamaño, que son caras y de rango limitado, y la dispersión de luz de ángulo múltiple, que no es cuantitativa y tiene una precisión limitada.

El estudio, que se publica en la edición actual de Nature Communications, fue dirigido por Hall y Elaheh Rahbar, Ph.D., de Wake Forest Baptist, y llevado a cabo en colaboración con científicos de la Universidad de Cornell y Oklahoma.

En el estudio, Hall, Rahbar y su equipo utilizaron por primera vez polímeros de HA sintéticos para validar el enfoque de medición.

Luego usaron la plataforma para determinar la distribución del tamaño de tan solo 10 nanogramos (una billonésima parte de un gramo) de ácido hialuronico extraído del líquido sinovial de un modelo de artrosis en caballo.

El enfoque de medición consiste en un microchip (celda de flujo) con un único orificio o poro de pocos nanómetros de ancho, aproximadamente 5,000 veces más pequeño que un cabello humano.

Esto es lo suficientemente pequeño como para permitir que sólo moléculas individuales puedan pasar a través de la abertura y, a medida que lo hacen, cada una puede ser detectada y analizada. Al aplicar la celda de flujo a las moléculas de ácido hialurónico, los investigadores pudieron determinar su tamaño una por una. La distribución del tamaño de ácido hialuronico cambia con el tiempo en la artrosis, por lo que esta tecnología permite evaluar de manera más precisa la progresión de la enfermedad, dijo Hall.

“Al utilizar un procedimiento mínimamente invasivo para extraer una pequeña cantidad de líquido, en este caso el líquido sinovial de la rodilla, es posible que podamos identificar la enfermedad o determinar cuánto ha progresado. Esto es una información valiosa que permitirá a los médicos determinar los tratamientos más adecuados”.

Hall, Rahbar y su equipo esperan llevar a cabo su próximo estudio en humanos, y luego extender la tecnología a otras enfermedades, en donde el ácido hialurónico y otras moléculas similares desempeñan un papel como indicadores de la enfermedad, incluidas lesiones traumáticas y cáncer.


Fuente

Rivas, F., Zahid, O. K., Reesink, H. L., Peal, B. T., Nixon, A. J., DeAngelis, P. L., … Hall, A. R. (2018). Label-free analysis of physiological hyaluronan size distribution with a solid-state nanopore sensor. Nature Communications, 9(1). https://doi.org/10.1038/s41467-018-03439-x

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