La osteoartritis es la enfermedad articular degenerativa más común y afecta al 22 % de los adultos mayores de 40 años en todo el mundo. Aunque la condición se ha estudiado ampliamente desde una perspectiva médica, los cambios moleculares asociados con la osteoartritis siguen sin estar claros. En un nuevo estudio, los investigadores han utilizado una combinación de técnicas para rastrear la progresión de la enfermedad y los cambios asociados con ella.

El cartílago de las articulaciones, junto con un lubricante conocido como líquido sinovial, proporciona una superficie lisa que ayuda a soportar los movimientos de soporte de peso. El fluido contiene varias moléculas, incluyendo hialuronano (HA) y fosfolípidos. Dado que el entorno del cartílago no se puede curar o reparar rápidamente, los investigadores han tratado de diagnosticar las primeras etapas de la enfermedad de las articulaciones mediante el control del peso molecular y la concentración de HA.

« Aunque sabemos que en las articulaciones sanas hay muy poca fricción, no está claro qué otras moléculas están involucradas y cómo cambian durante la osteoartritis », dijo Rosa Espinosa-Marzal (EIRH), becaria de la facultad Donald Biggar Willett y profesora de ingeniería ambiental. y ciencia, y ciencia e ingeniería de materiales. « Durante las primeras etapas de la osteoartritis, el cartílago comienza a degradarse, e investigaciones anteriores han demostrado que la composición molecular del líquido sinovial cambia. Queríamos ver si los dos cambios están relacionados entre sí ».

En una articulación sana, el peso molecular de HA varía entre 2 y 20 MDa con una concentración que oscila entre 1 y 4 mg/ml. Sin embargo, en las articulaciones enfermas, el AH se descompone, lo que da como resultado un peso molecular más bajo. Además, su concentración también se reduce diez veces. Sobre la base de estas observaciones, realizadas por otros investigadores, el estudio analizó cómo la concentración y el peso molecular de HA influye en la estructura de las articulaciones sanas y enfermas.

Para hacerlo, los investigadores combinaron vesículas con HA de alto y bajo peso molecular. Usando dispersión de neutrones y dispersión de luz, descubrieron que el peso molecular de HA puede cambiar enormemente la estructura de las vesículas. El AH de peso molecular más bajo, que imita las articulaciones enfermas de osteoartritis, da como resultado un tamaño de vesícula más grande. También observaron que el peso molecular de HA cambia el grosor de las capas de fosfolípidos en las articulaciones.

Los investigadores también estudiaron cómo estas diferencias pueden influir en la formación de una película protectora; en las articulaciones, esta película es responsable de la muy baja fricción que necesitamos para un movimiento sin obstáculos. Una vez más, utilizaron una combinación de técnicas, microbalanza de cristal de cuarzo y microscopía de fuerza atómica, para examinar cómo se ensamblan estas moléculas en las superficies de oro.

“La formación de una película solo es posible cuando hay una concentración óptima de HA y fosfolípidos. Aunque las superficies de oro tienen muy poco en común con el cartílago, nuestros estudios indican que también podría haber una concentración óptima en condiciones biológicas”, Espinosa – dijo Marzal. « Esta es una observación importante porque podemos usar los cambios de concentración como una herramienta de diagnóstico ».

« Estamos en un punto en el que es necesario utilizar múltiples técnicas en un sistema complejo como este », dijo Mark Rutland, profesor de ciencia de superficies en el KTH Royal Institute of Technology. « Ninguna de estas técnicas por sí sola nos hubiera dado una idea. La clave fue observar todos los diferentes efectos y juntar las piezas para mostrar que el peso molecular de HA tiene un efecto enorme en las características de la capa que se forma con fosfolípidos ».

Los investigadores ahora están trabajando en el uso de cartílago para comprender si sus observaciones con superficies de oro también son válidas en un sistema biológicamente relevante. También están interesados ​​en estudiar los otros componentes moleculares que se encuentran en las articulaciones para construir un modelo más completo de los cambios asociados con la osteoartritis.