Imaginología nano-TC visualiza nano-estructura de los huesos

Un método novedoso de nanotomografía desarrollado por un equipo de europeos allana el camino para la visualización con tomografía computarizada de estructuras minúsculas en resoluciones de nanómetros. Usando esta técnica, se vuelve realidad la imaginología detallada, tridimensional de estructuras óseas frágiles.

Los investigadores involucrados en el proyecto eran de la Technische Universitaet Muenchen (TUM; Alemania), el Instituto Paul Scherrer (Suiza), y el ETH-Zúrich (Villigen PSI, Suiza). Sus primeras imágenes nano-TC fueron publicadas en la revista Nature el 23 de septiembre de 2010. Esta nueva técnica debe, según los científicos, avanzar desarrollos tanto en las ciencias biológicas como en las ciencias de materiales.

La osteoporosis, una enfermedad en la cual los huesos se vuelven quebradizos y frágiles debido a una pérdida de densidad, está entre las enfermedades más comunes en los huesos viejos. En las investigaciones clínicas, a la fecha, la osteoporosis es detectada casi exclusivamente, estableciendo una reducción total en la densidad ósea. Este método, sin embargo, da pocos datos sobre los cambios asociados, y de igual importancia, de la estructura local y en la densidad ósea.

El Dr. Franz Pfeiffer, profesor de física biomédica de TUM y jefe del equipo de investigación, ha resuelto la situación, "Con nuestro método nano-TC, desarrollado recientemente, ahora es posible visualizar la estructura ósea y los cambios en la densidad a resoluciones altas y en 3D. Esto nos permite hacer investigaciones sobre los cambios estructurales relacionados con la osteoporosis en una nano-escala y así desarrollar mejores métodos terapéuticos”.

El método recientemente desarrollado mide no solo la intensidad de rayo total absorbida por el objeto bajo examen en cada ángulo, sino también aquellas partes del haz de rayos-x que son difractadas. Tal patrón de difracción es generado por cada punto en la muestra. Esto suministra datos adicionales acerca de la nano-estructura precisa, puesto que la radiación de rayos-x es particularmente sensible al más minúsculo de los cambios estructurales.

Los patrones de difracción luego son procesados usando un algoritmo desarrollado por el equipo de trabajo. El investigador de TUM, Martin Dierolf, autor principal del artículo de "Nature”, explicó, "Desarrollamos un algoritmo de reconstrucción de imagen que genera una imagen tridimensional de alta resolución, de la muestra usando cien mil modelos de difracción. Este algoritmo tiene en cuenta no solo la absorción clásica de rayos-x, sino también la significativamente más sensible fase de desplazamiento de los rayos-x”.

Un ejemplo de la técnica nueva fue el examen de una muestras ósea superfina de 25-μm, de un ratón de laboratorio, con resultados muy precisos. Esas imágenes TC de contraste de fase revelan inclusive las variaciones más pequeñas en la densidad ósea de la muestra con precisión extremadamente alta: las secciones cruzadas de las cavidades donde las células óseas residen y su red de interconexión fina de cerca de 100-nm, son claramente visibles.

"Aunque el procedimiento nano-TC nuevo no logra la resolución espacial actualmente disponible con la microscopía electrónica, puede- debido a la alta penetración de los rayos X—generar imágenes de tomografía tridimensional de las muestras óseas”, comentó Roger Wepf, director del Centro de Microscopía Electrónica del ETH Zúrich (EMEZ).

Este método debe ayudar a crear estudios más precisos sobre la fase temprana de la osteoporosis, en particular, y la evaluación de los resultados terapéuticos de varios tratamientos en los estudios clínicos.

Enlaces relacionados:

Paul Scherrer Institute
Technische Universitaet Muenchen