„Koaxia“ kmeňových buniek za vzniku nového kostného tkaniva
Nový výskum identifikoval možný spôsob manipulácie určitých kmeňových buniek s cieľom generovať nové kostné tkanivo. Výsledky tohto vyšetrovania by mohli výrazne zlepšiť výsledky u ľudí s poraneniami skeletu alebo s stavmi, ako je osteoporóza.
Kmeňové bunky sú nediferencované bunky, ktoré majú potenciál špecializovať sa a vykonávať akúkoľvek funkciu.
Mnoho nedávnych výskumov sa zameriavalo na to, ako najlepšie využívať kmeňové bunky na terapeutické účely. Vedcov zaujíma najmä to, ako s nimi manipulovať, aby vytvorili nové tkanivo, ktoré dokáže úspešne nahradiť poškodené sady buniek alebo tie, ktoré už nie sú funkčné.
V novej štúdii na Lekárskej fakulte Univerzity Johna Hopkinsa v Baltimore sa doktor Aaron James a jeho tím zaoberali mechanizmami, ktoré umožňujú určitým typom kmeňových buniek, ktoré sú známe ako „perivaskulárne kmeňové bunky“, vytvárať nové kostné tkanivo.
Tieto kmeňové bunky majú tendenciu meniť sa buď na tukové alebo kostné tkanivo. Dodnes nebolo jasné, čo presne určuje ich osud.
"Naše kosti majú obmedzené množstvo kmeňových buniek, z ktorých môžeme čerpať, aby sme vytvorili novú kosť." Keby sme mohli tieto bunky presvedčiť smerom k osudu kostných buniek a ďalej od tuku, bol by to veľký pokrok v našej schopnosti podporovať zdravie a hojenie kostí. “
Aaron James
Vyšetrovatelia uskutočnili svoj výskum na krysom modeli, ako aj na bunkových kultúrach ľudí, a svoje zistenia zverejnili v časopise Vedecké správy.
Proteín, ktorý riadi bunkový osud
Predchádzajúce štúdie, ktoré uskutočnil Dr. James, naznačili, že konkrétny signálny proteín nazývaný WISP-1 pravdepodobne vedie osud perivaskulárnych kmeňových buniek tým, že im „povie“, či majú vytvárať tukové alebo kostné tkanivo.
V súčasnej štúdii sa vedci snažili dokázať úlohu WISP-1 pri určovaní osudu kmeňových buniek genetickou modifikáciou súboru ľudských kmeňových buniek, aby im zabránili v produkcii tohto proteínu.
Keď porovnávali génovú aktivitu v kmeňových bunkách so zmyslom pre genetiku s génovou aktivitou v bunkách, ktoré stále produkovali WISP-1, vedci potvrdili, že proteín hral dôležitú úlohu. V bunkách bez WISP-1 mali štyri z génov zodpovedných za tvorbu tuku o 50–200 percent vyššiu hladinu aktivity ako v bunkách pokračujúcich v produkcii WISP-1.
To tiež naznačuje, že správne dávkovanie tohto signalizačného proteínu môže viesť kmeňové bunky k tvorbe kostného tkaniva namiesto tukového tkaniva.
Ako sa dalo očakávať, keď vedci upravili kmeňové bunky tak, aby zvýšili produkciu WISP-1, všimli si, že tri z génov, ktoré stimulujú rast kostného tkaniva, sa stali dvakrát tak aktívnymi v porovnaní s tými, ktoré boli v kmeňových bunkách s normálnymi hladinami signálneho proteínu.
Zároveň bola aktivita génov stimulujúcich rast tukového tkaniva - ako je napríklad gama receptor aktivovaný peroxizómovým proliferátorom (PPARG) - o 42 percent nižšia v kmeňových bunkách s podporou WISP-1 a tento pokles nastal v prospech gény, ktoré určujú rast kostného tkaniva.
Zásah kmeňových buniek ukazuje sľub
V ďalšej fáze štúdie vedci pomocou modelu potkanov určili, či WISP-1 môže podporiť hojenie kostí pri spinálnej fúzii, čo je typ lekárskeho zákroku, ktorý si vyžaduje spojenie dvoch alebo viacerých stavcov (kostí chrbtice) za vzniku jednej kosti.
Terapeutickým využitím spinálnej fúzie je zlepšenie bolesti chrbta alebo stability chrbtice v kontexte rôznych stavov, ktoré ovplyvňujú chrbticu, ako je skolióza.
Zvyčajne: „Takýto postup vyžaduje obrovské množstvo nových kostných buniek,“ vysvetľuje doktor James. „Ak by sme dokázali nasmerovať tvorbu kostných buniek na miesto fúzie, mohli by sme pomôcť pacientom rýchlejšie sa zotaviť a znížiť riziko komplikácií,“ poznamenáva.
V súčasnej štúdii vedci injikovali ľudským kmeňovým bunkám, ktoré mali aktívny WISP-1, potkanom. Urobili to medzi stavcami, ktoré sa mali spojiť v rámci procesu fúzie.
Po 4 týždňoch doktor James a jeho tím zistili, že zvieratá stále vykazujú vysoké hladiny WISP-1 v tkanive chrbtice. Navyše sa už na správnych miestach tvorilo nové kostné tkanivo, ktoré umožňovalo „zvarenie“ stavcov.
Naopak, potkany, ktoré podstúpili rovnaký chirurgický zákrok, ale bez podpory WISP-1, nevykazovali v rovnakom období žiadnu vertebrálnu fúziu.
"Dúfame, že naše objavy posunú vývoj bunkových terapií na podporu tvorby kostí po operáciách, ako je tento, a pri ďalších kostných poraneniach a chorobách, ako sú zlomeniny kostí a osteoporóza," tvrdí doktor James.
V budúcnosti sa výskumný tím zameriava na zistenie, či by zníženie hladín WISP-1 v kmeňových bunkách mohlo viesť k ich tvorbe tukových tkanív, čo by mohlo pomôcť podporiť rýchlejšie hojenie rán.
