„Koaxiální“ kmenové buňky k vytvoření nové kostní tkáně
Nový výzkum identifikoval možný způsob manipulace určitých kmenových buněk s generováním nové kostní tkáně. Výsledky tohoto vyšetřování by mohly výrazně zlepšit výsledek u lidí s kosterními poraněními nebo stavy, jako je osteoporóza.
Kmenové buňky jsou nediferencované buňky, které mají potenciál se specializovat a vykonávat jakoukoli funkci.
Hodně nedávného výzkumu se zaměřilo na to, jak nejlépe využívat kmenové buňky k terapeutickým účelům. Vědci se zvláště zajímají o to, jak s nimi manipulovat, aby vytvořili novou tkáň, která může úspěšně nahradit poškozené sady buněk nebo ty, které již nejsou funkční.
V nové studii na Lékařské fakultě Univerzity Johna Hopkinse v Baltimoru MD Dr. Aaron James a jeho tým zkoumali mechanismy, které umožňují určitým typům kmenových buněk, které jsou známé jako „perivaskulární kmenové buňky“, vytvářet nové kostní tkáň.
Tyto kmenové buňky mají tendenci se proměňovat v tukovou tkáň nebo kostní tkáň. Doposud nebylo jasné, co přesně určuje jejich osud.
"Naše kosti mají omezenou zásobu kmenových buněk, ze kterých můžeme čerpat, abychom vytvořili novou kost." Pokud bychom dokázali tyto buňky přimět k osudu kostních buněk a od tuku, byl by to velký pokrok v naší schopnosti podporovat zdraví a hojení kostí. “
Dr. Aaron James
Vyšetřovatelé provedli svůj výzkum na modelu potkanů i na lidských buněčných kulturách a své nálezy uvádějí v časopise Vědecké zprávy.
Protein, který řídí osud buněk
Předchozí studie, které Dr. James provedl, naznačují, že určitý signální protein zvaný WISP-1 pravděpodobně povede k osudu perivaskulárních kmenových buněk tím, že jim „řekne“, zda mají tvořit tukovou nebo kostní tkáň.
V současné studii se vědci snažili dokázat roli WISP-1 při určování osudu kmenových buněk genetickou úpravou souboru lidských kmenových buněk, aby jim zabránil v produkci tohoto proteinu.
Když porovnali genovou aktivitu v inženýrských kmenových buňkách s genovou aktivitou v buňkách, které stále produkovaly WISP-1, vědci potvrdili, že protein hrál důležitou roli. V buňkách bez WISP-1 měly čtyři z genů odpovědných za tvorbu tuku o 50–200 procent vyšší úroveň aktivity než v buňkách, které pokračovaly v produkci WISP-1.
To také naznačuje, že správné dávkování tohoto signálního proteinu by mohlo vést kmenové buňky k tvorbě kostní tkáně místo tukové tkáně.
Jak se dalo očekávat, když vědci poté modifikovali kmenové buňky, aby zvýšili produkci WISP-1, všimli si, že tři z genů, které stimulují růst kostní tkáně, se staly dvakrát tak aktivními ve srovnání s geny v kmenových buňkách s normálními hladinami signálního proteinu.
Současně byla aktivita genů, které stimulovaly růst tukové tkáně - jako je gama receptor aktivovaný proliferátorem peroxisomu (PPARG) - o 42 procent nižší u kmenových buněk s podporou WISP-1 a toto snížení nastalo ve prospěch geny, které určují růst kostní tkáně.
Zásah kmenových buněk ukazuje slib
V další fázi studie vědci použili krysí model k určení, zda by WISP-1 mohl podpořit hojení kostí při fúzi páteře, což je typ lékařské intervence, která vyžaduje spojení dvou nebo více obratlů (kostí páteře) za vzniku jediné kosti.
Terapeutickým použitím spinální fúze je zlepšení bolesti zad nebo stability páteře v kontextu různých stavů, které ovlivňují páteř, jako je skolióza.
Obvykle „takový postup vyžaduje obrovské množství nových kostních buněk,“ vysvětluje Dr. James. "Pokud bychom dokázali nasměrovat tvorbu kostních buněk v místě fúze, mohli bychom pacientům pomoci rychleji se zotavit a snížit riziko komplikací," poznamenává.
V současné studii vědci injikovali lidské kmenové buňky, které měly aktivní WISP-1, do krys. Udělali to mezi obratli, které se měly spojit jako součást procesu fúze.
Po 4 týdnech Dr. James a jeho tým zjistili, že zvířata stále vykazují vysokou hladinu WISP-1 ve své míšní tkáni. Navíc se již na správných místech formovala nová kostní tkáň, která umožňovala „svařování“ obratlů.
Naopak, krysy, které podstoupily stejný chirurgický zákrok, ale bez podpory WISP-1, neprojevily během stejného období žádnou vertebrální fúzi.
"Doufáme, že naše zjištění podpoří vývoj buněčných terapií na podporu tvorby kostí po operacích, jako je tato, a na další poranění a nemoci skeletu, jako jsou zlomeniny kostí a osteoporóza," prohlašuje Dr. James.
V budoucnu si výzkumný tým klade za cíl zjistit, zda by snížení hladin WISP-1 v kmenových buňkách mohlo vést k tvorbě tukové tkáně, což by mohlo pomoci podpořit rychlejší hojení ran.
