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Pesquisadores desenvolvem nova plataforma para auxiliar na compreensão da recuperação óssea após fratura
Plataforma de mecanômica baseada em transcriptômica espacial mostra detalhes da recuperação óssea em nível celular após fratura
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28 de janeiro de 2025, 11:49

Fonte

Fabio Bergamin, CoOmunicação Corporativa do ETH Zurique

Publicação Original

ETH Zurique

Áreas

Bioengenharia, Bioinformática, Biologia, Biomateriais, Biomecânica, Cirurgia, Engenharia Biológica, Fisiatria, Genética, Microbiologia, Ortopedia, Reabilitação, Simulação Computacional

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Resumo

A vulnerabilidade óssea às fraturas representa uma fragilidade importante, especialmente durante o envelhecimento. Portanto, terapias que fortaleçam os ossos e possam evitar uma fratura, bem como proporcionem uma recuperação mais rápida se a fratura ocorrer, são foco de estudos científicos há anos.

Neste sentido, pesquisadores desenvolveram recentemente uma nova plataforma ‘ômica’ onde conseguiram realizar uma análise genética e celular do ambiente local ósseo em camundongos após uma fratura.

O estudo comparou a recuperação óssea em animais controle e animais sujeitos a uma terapia de vibrações, onde cargas externas foram aplicadas localmente. Com o uso da plataforma, os pesquisadores puderam acompanhar a evolução óssea em nível celular, compreendendo melhor os mecanismos envolvidos na recuperação óssea.

Com este novo conhecimento, novas terapias podem ser desenvolvidas no futuro para tornar os ossos mais resistentes e menos sujeitos a fraturas.

Foco do Estudo

Compreender os mecanismos celulares envolvidos na recuperação óssea estimulada por forças externas usando uma nova plataforma de mecanômica baseada em transcriptômica espacial.

Por que é importante?

O crescimento dos ossos é sensível à aplicação de forças externas. Se um osso for submetido a uma carga mecânica direcionada à medida que se recupera após uma fratura, ele pode potencialmente se tornar maior, mais denso e mais estável ​​do que era antes da fratura.

Esse efeito foi demonstrado em camundongos há três anos por pesquisadores liderados pelo Dr. Ralph Müller, professor do Departamento de Ciências da Saúde e Tecnologia do Instituto Federal de Tecnologia de Zurique (ETH Zurique), na Suíça. Nesse trabalho, os cientistas usaram placas especiais para fixar fraturas ósseas, permitindo que as duas partes de um osso em recuperação fossem pressionadas uma contra a outra ciclicamente por alguns minutos, várias vezes por semana, em uma forma de terapia de vibração.

No entanto, os mecanismos pelos quais os estímulos mecânicos influenciam o crescimento ósseo e sua organização celular permanecem desconhecidos. “Somente se entendermos esses mecanismos poderemos usá-los como base para desenvolver novas terapias”, disse o Dr. Neashan Mathavan, pesquisador do grupo do professor Müller e autor principal de um novo estudo sobre recuperação óssea.

O Dr. Neashan Mathavan fala não apenas sobre a cura de fraturas ósseas, mas também sobre como as fraturas podem ser prevenidas, principalmente em pessoas mais velhas. Na velhice, a densidade óssea diminui e os ossos se tornam mais vulneráveis ​​a fraturas. “Idealmente, precisamos de novas abordagens terapêuticas para retardar fraturas ósseas na velhice.”

Estudo

Recentemente, pesquisadores do ETH Zurique realizaram uma pesquisa altamente detalhada sobre quais genes estão ativos em um osso em recuperação após uma fratura. O trabalho foi realizado em camundongos com um osso da coxa fraturado, cuja recuperação foi apoiada com terapia de vibração.

Os pesquisadores desenvolveram uma plataforma de ‘mecanômica’ baseada em transcriptômica espacial que facilita a análise espacial dos perfis moleculares de células com relação ao seu ambiente mecânico local in vivo, integrando microtomografia computadorizada in vivo com lapso de tempo, transcriptômica espacial e análise de microelementos finitos.

Com a plataforma, os pesquisadores determinaram — com um alto nível de resolução espacial — quais genes estão ativos em cada ponto do osso e quais não estão. Eles então combinaram esse ‘atlas tridimensional de atividade genética’ com informações sobre forças atuando nos respectivos locais, que eles estimaram usando simulações de computador.

“Para cada ponto no osso, agora sabemos quais condições mecânicas existem lá, onde o osso está sendo formado e onde o osso pode ser fraturado”, explicou o professor Müller.

A plataforma de mecanômica baseada em transcriptômica espacial apresenta oportunidades únicas para investigar questões fundamentais dentro do campo da mecanobiologia óssea: (i) quais genes, populações de células e vias de sinalização respondem a estímulos mecânicos locais; (ii) como as respostas desses genes, populações celulares e vias de sinalização mudam em função do ambiente mecânico local; e (iii) como a ‘dose mecânica’ administrada por terapias de intervenção mecânica pode ser otimizada para atingir resultados específicos

Pesquisadores do ETH Zurique envolvidos no estudo, na conclusão do artigo publicado na revista Science Advances

Resultados

A nova abordagem de mecanobiologia óssea permitiu que os pesquisadores mostrassem que certos genes são ativos especificamente nas áreas do osso que sofrem forte tensão mecânica.

Esses genes incluem alguns que contribuem para a formação da matriz de colágeno do osso e alguns que promovem a mineralização óssea. Por outro lado, os genes que inibem a formação óssea não ficam ativos nesses locais, mas sim em áreas que não sofrem tensão mecânica.

Os cientistas agora planejam usar suas descobertas para propor novas abordagens terapêuticas que permitam que as fraturas se curem melhor e os ossos permaneçam fortes mesmo na velhice. Em sua pesquisa em camundongos, eles agora darão um foco especial ao envelhecimento ósseo.

Pode ser possível usar medicamentos de maneira direcionada para ativar ou inibir os genes desejados, mas o professor Müller acredita que a terapia de vibração ou uma combinação dos dois é igualmente concebível. “É provável que a terapia de vibração envolva menos efeitos colaterais do que o tratamento com medicamentos”, concluiu o Dr. Ralph Müller.

Os resultados do estudo recente foram publicados na revista Science Advances.

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Autores/Pesquisadores Citados

Dr. Ralph Müller

Professor do Departamento de Ciências da Saúde e Tecnologia e líder do Laboratório de Biomecânica Óssea do ETH Zurique

Dr. Neashan Mathavan

Pesquisador do Instituto de Biomecânica do ETH Zurique

Instituições Citadas

Publicação

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a revista científica Science Advances (em inglês).

Mais Informações

Acesse a notícia original completa na página do ETH Zurique (em inglês).

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