„Nakłanianie” komórek macierzystych do tworzenia nowej tkanki kostnej
Nowe badania zidentyfikowały możliwy sposób manipulowania niektórymi komórkami macierzystymi w celu wytworzenia nowej tkanki kostnej. Wyniki tego badania mogą znacznie poprawić wyniki u osób z urazami szkieletu lub stanami takimi jak osteoporoza.
Komórki macierzyste to niezróżnicowane komórki, które mogą specjalizować się i pełnić dowolną funkcję.
Wiele niedawnych badań skupiało się na tym, jak najlepiej wykorzystać komórki macierzyste do celów terapeutycznych. Naukowcy są szczególnie zainteresowani tym, jak manipulować nimi, aby stworzyć nową tkankę, która może z powodzeniem zastąpić uszkodzone zestawy komórek lub te, które nie są już funkcjonalne.
W nowych badaniach z Johns Hopkins University School of Medicine w Baltimore, MD, dr Aaron James i jego zespół przyjrzeli się mechanizmom, które pozwalają niektórym typom komórek macierzystych, zwanych „okołonaczyniowymi komórkami macierzystymi”, na tworzenie nowych tkanka kostna.
Te komórki macierzyste mają tendencję do przekształcania się w tkankę tłuszczową lub tkankę kostną. Do tej pory nie było jasne, co dokładnie decyduje o ich losie.
„Nasze kości mają ograniczoną pulę komórek macierzystych, z których mogą czerpać, aby stworzyć nową kość. Gdybyśmy mogli nakłonić te komórki do przeznaczenia komórek kostnych i odejść od tłuszczu, byłby to wielki postęp w naszej zdolności do promowania zdrowia kości i gojenia się ”.
Dr Aaron James
Badacze przeprowadzili swoje badania na modelu szczurzym, a także w kulturach ludzkich komórek, a swoje odkrycia opisują w czasopiśmie Raporty naukowe.
Białko, które kieruje losem komórki
Poprzednie badania przeprowadzone przez dr Jamesa sugerowały, że określone białko sygnalizacyjne zwane WISP-1 może kierować losem okołonaczyniowych komórek macierzystych, „mówiąc” im, czy mają tworzyć tkankę tłuszczową, czy kostną.
W ramach bieżących badań naukowcy starali się udowodnić rolę WISP-1 w określaniu losu komórek macierzystych poprzez genetyczną modyfikację zestawu ludzkich komórek macierzystych, aby powstrzymać je przed wytwarzaniem tego białka.
Kiedy porównali aktywność genów w zmodyfikowanych komórkach macierzystych z aktywnością genów w komórkach, które nadal wytwarzały WISP-1, naukowcy potwierdzili, że białko odegrało ważną rolę. W komórkach bez WISP-1 cztery geny odpowiedzialne za tworzenie się tłuszczu miały o 50–200% wyższy poziom aktywności niż w komórkach kontynuujących produkcję WISP-1.
Wskazuje to również na to, że prawidłowe dawkowanie tego białka sygnalizacyjnego może napędzać komórki macierzyste do tworzenia tkanki kostnej zamiast tkanki tłuszczowej.
Zgodnie z oczekiwaniami, kiedy naukowcy zmodyfikowali komórki macierzyste w celu zwiększenia produkcji WISP-1, zauważyli, że trzy z genów stymulujących wzrost tkanki kostnej stały się dwukrotnie bardziej aktywne w porównaniu z genami w komórkach macierzystych o normalnym poziomie białka sygnalizacyjnego.
Jednocześnie aktywność genów stymulujących wzrost tkanki tłuszczowej - takich jak receptor gamma aktywowany przez proliferatory peroksysomów (PPARG) - była o 42% niższa w komórkach macierzystych ze wzmocnieniem WISP-1, a spadek ten nastąpił na korzyść geny warunkujące wzrost tkanki kostnej.
Interwencja komórek macierzystych jest obiecująca
W kolejnym etapie badań naukowcy wykorzystali model szczurzy, aby określić, czy WISP-1 może przyspieszyć gojenie kości w przypadku fuzji kręgosłupa, rodzaju interwencji medycznej, która wymaga połączenia dwóch lub więcej kręgów (kości kręgosłupa) w celu utworzenia jednej kości.
Terapeutyczne zastosowanie fuzji kręgosłupa polega na łagodzeniu bólu pleców lub stabilności kręgosłupa w kontekście różnych schorzeń kręgosłupa, takich jak skolioza.
Zwykle „taka procedura wymaga ogromnej ilości nowych komórek kostnych” - wyjaśnia dr James. „Gdybyśmy mogli kierować tworzeniem się komórek kostnych w miejscu zrostu, moglibyśmy pomóc pacjentom szybciej wyzdrowieć i zmniejszyć ryzyko powikłań” - zauważa.
W ramach obecnego badania naukowcy wstrzyknęli szczurom ludzkie komórki macierzyste, które miały aktywny WISP-1. Zrobili to między kręgami, które miały zostać połączone w ramach procedury fuzji.
Po 4 tygodniach dr James i jego zespół odkryli, że zwierzęta nadal wykazywały wysoki poziom WISP-1 w tkance kręgosłupa. Co więcej, w odpowiednich miejscach tworzyła się już nowa tkanka kostna, umożliwiając „zespawanie” kręgów.
Odwrotnie, szczury, które otrzymały taką samą interwencję chirurgiczną, ale bez dawki przypominającej WISP-1, nie wykazywały żadnego zrostu kręgów w tym samym okresie.
„Mamy nadzieję, że nasze odkrycia przyczynią się do rozwoju terapii komórkowych wspierających tworzenie kości po takich operacjach, jak ten oraz w przypadku innych urazów i chorób szkieletu, takich jak złamania kości i osteoporoza” - deklaruje dr James.
W przyszłości zespół badawczy zamierza również dowiedzieć się, czy obniżenie poziomu WISP-1 w komórkach macierzystych może prowadzić do tworzenia tkanki tłuszczowej, co może sprzyjać szybszemu gojeniu się ran.
