Una nueva investigación demuestra la eficacia de un compuesto diseñado para prevenir la pérdida ósea en ratones que viajan por el espacio. Este avance podría proporcionar una solución para los astronautas y los pacientes con osteoporosis aquí en la Tierra. Un nuevo estudio publicado hoy (18 de septiembre) en la revista asociada de Nature npj Microgravity ha descubierto que administrar un compuesto diseñado a ratones a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS) evitó en gran medida la pérdida ósea relacionada con el espacio-tiempo.
El estudio, dirigido por un equipo interdisciplinario de profesores de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) y el Instituto Forsyth en Cambridge, Massachusetts, destaca una terapia prometedora para mitigar la pérdida ósea extrema causada por los viajes espaciales de larga duración y la degeneración musculoesquelética en la Tierra.
La pérdida ósea inducida por la microgravedad ha sido durante mucho tiempo un problema importante en las misiones espaciales de larga duración. La carga mecánica reducida causada por la microgravedad provoca una pérdida ósea a un ritmo 12 veces mayor que en la Tierra. Los astronautas en órbita terrestre baja pueden experimentar tasas de pérdida ósea de hasta el 1% por mes, lo que comprometería la salud ósea de los astronautas y aumentaría su riesgo de fracturas durante los vuelos espaciales de larga duración y más adelante en la vida.
Las estrategias actuales para mitigar la pérdida ósea se basan en cargas mecánicas inducidas por el ejercicio para promover la formación de hueso, pero esta estrategia está lejos de ser perfecta para tripulaciones expuestas a la microgravedad durante hasta seis meses. El ejercicio no siempre previene la pérdida ósea, consume un tiempo valioso por parte de los ocupantes y puede ser una contraindicación para cierto tipo de lesiones.
El nuevo estudio investigó si la administración sistémica de la molécula 1 similar a NELL (NELL-1) podría reducir la pérdida ósea inducida por la microgravedad. El estudio fue dirigido por Chia Soo, MD, presidenta asociada del Departamento de Cirugía Plástica y profesora de cirugía y cirugía ortopédica en la Facultad de Medicina David Geffen de UCLA. NELL-1, descubierto por Kang Ting, MD, del Instituto Forsyth, es fundamental para el desarrollo óseo y el mantenimiento de la densidad ósea. El profesor Ding también ha dirigido múltiples estudios que demuestran que la administración local de NELL-1 puede regenerar tejidos musculoesqueléticos como huesos y cartílagos.
La entrega sistémica de NELL-1 en la Estación Espacial Internacional requirió que el equipo de investigación minimizara la cantidad de inyecciones. Ben Wu, Ph.D., y Yulong Zhang, Ph.D., del Instituto Forsyth, mejoraron el potencial terapéutico de NELL-1 al extender la vida media de la molécula NELL-1 de 5,5 horas a 15,5 horas sin perder actividad biológica, y crearon una molécula BP-NELL-PEG "inteligente" mediante la bioconjugación de un bifosfonato (BP) inerte que puede atacar más específicamente el tejido óseo sin los efectos nocivos comunes de BP.
Luego, los equipos de Soo y Ting realizaron una evaluación exhaustiva de la molécula mejorada para determinar la eficacia y seguridad de BP-NELL-PEG en la Tierra. Descubrieron que BP-NELL-PEG tiene una excelente especificidad por el tejido óseo sin causar efectos adversos obvios.
Para determinar la viabilidad de BP-NELL-PEG en condiciones espaciales reales, los investigadores trabajaron con el Centro para el Avance de la Ciencia Espacial (CASIS) y la Rama Ames de la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) para realizar preparativos exhaustivos para el espacio. La mitad de los ratones de la ISS fueron expuestos a un entorno de microgravedad ("vuelo TERM") durante hasta nueve semanas para simular los desafíos de los viajes espaciales de larga duración, mientras que los ratones restantes fueron llevados de regreso a la Tierra 4,5 semanas después del lanzamiento en el primer regreso de un ratón vivo en la historia de Estados Unidos ("vuelo LAR"). Tanto el grupo TERM como el grupo de vuelo LAR recibieron tratamiento con BP-NELL-PEG o un grupo de control con solución salina tamponada con fosfato (PBS). Un número igual de ratones permanece en el Centro Espacial Kennedy como grupo de control de gravedad terrestre normal ("tierra") y también son tratados con BP-NELL-PEG o PBS.
La formación ósea aumentó significativamente tanto en ratones voladores como terrestres tratados con BP-NELL-PEG. Los ratones tratados en el espacio y en la Tierra no tuvieron efectos adversos aparentes en su salud.
"Nuestros hallazgos son muy prometedores para la futura exploración espacial, especialmente para misiones que impliquen estancias prolongadas en entornos de microgravedad", dijo la autora principal, Chia Soo. "Si los estudios en humanos lo confirman, BP-NELL-PEG será una herramienta eficaz en la lucha contra la pérdida ósea y la degeneración musculoesquelética, especialmente en situaciones en las que el entrenamiento de resistencia tradicional es imposible debido a lesiones u otros factores incapacitantes".
"Esta estrategia de bioingeniería podría tener importantes beneficios también aquí en la Tierra, proporcionando una terapia potencial para pacientes que sufren de osteoporosis extrema y otras enfermedades relacionadas con los huesos", dijo el investigador co-principal Ben Wu.
"El próximo paso, el científico del proyecto de UCLA, Pin Ha, MD, PhD, MS, supervisará el análisis de los datos de retorno de animales vivos. Esperamos que esto arroje algo de luz sobre cómo ayudar a los futuros astronautas a recuperarse de misiones espaciales más largas".