Klíčová molekula vysvětluje, proč kosti s věkem oslabují
První studie svého druhu odhaluje, že jak stárneme, hladiny určité molekuly se zvyšují, což umlčí další molekulu, která vytváří zdravou kost. Rovněž naznačuje, že náprava této nerovnováhy může zlepšit zdraví kostí a případně nabídnout nové možnosti léčby osteoporózy.
Osteoporóza postihuje přibližně 200 milionů žen po celém světě.
U jedné ze 3 žen a u 1 z 5 mužů ve věku 50 let a více se předpokládá, že během svého života utrpěli zlomeninu kostí v důsledku osteoporózy.
Ve Spojených státech odhady naznačují, že s tímto onemocněním žije 44 milionů lidí nad 50 let, což z něj činí hlavní problém veřejného zdraví.
Nový výzkum nám přináší blíže k porozumění procesu, který vede k degradaci kostí při osteoporóze, a k potenciálním novým způsobům, jak by bylo možné tento stav řešit.
Zjištění vysvětlují klíčovou molekulární dynamiku, která odpovídá za postupnou křehkost našich kostí, jak stárneme.
Dr. Sadanand Fulzele, kostní biolog, který pracuje na oddělení ortopedické chirurgie na Augusta University v Gruzii, je spoluodpovědným výzkumným pracovníkem a posledním autorem nového článku, který byl publikován v Journal of Gerontology: Biological Sciences.
Přiblížení malého molekulárního viníka
Dr. Fulzele a jeho kolegové vysvětlují proces tvorby kostí - který začíná mezenchymálními kmenovými buňkami. Jedná se o kmenové buňky, které se nacházejí v naší kostní dřeni a které se mohou dále tvořit jako chrupavka, kost nebo tuk v kostní dřeni.
Jedním z faktorů, které ovlivňují formování těchto buněk, je signální molekula zvaná faktor odvozený ze stromálních buněk (SDF-1).
Předchozí výzkum stejného týmu ukázal, jak důležitý je SDF-1 pro diferenciaci mezenchymálních kmenových buněk na různé buňky zásadní pro zdraví kostí.
Studie in vitro i in vivo prováděné vědci ukázaly klíčovou roli této signální molekuly pro tvorbu kostí. SDF-1 je také důležitý pro opravu kostí a chrání kostní buňky před oxidačním stresem, což je nerovnováha mezi volnými radikály a antioxidanty v těle, která nakonec vede k poškození a nemoci DNA.
Předchozí studie rovněž prokázaly, že hladiny SDF-1 klesají u stárnoucích myší; takže v této studii chtěl Dr. Fulzele a tým přesně pochopit, jak jsou regulovány hladiny této molekuly.
V některých svých dřívějších výzkumech Dr. Fulzele ukázal, že malá molekula zvaná microRNA-141-3p zastavuje vitamin C, klíčový antioxidant, v přístupu k našim kostním buňkám.
Tým již věděl, že molekula může zastavit mezenchymální kmenové buňky v diferenciaci na jiné buňky, stejně jako skutečnost, že mikroRNA-141-3p s věkem roste. Dr. Fulzele a tým předpokládali, že mikroRNA-141-3p snižuje SDF-1 a že je to jeden z hlavních způsobů, jak tato malá molekula zastavuje zdravou tvorbu kostí.
Obnovení normální funkce kostí navzdory věku
Aby to otestovali, Dr. Fulzele a kolegové analyzovali mezenchymální buňky lidí i myší. V mladých buňkách zjistili, že hladiny mikroRNA-141-3p byly nízké. Ve starých buňkách se však hladiny této molekuly ztrojnásobily. Opak byl pravdou pro úrovně SDF-1.
Poté vědci injikovali mikroRNA-141-3p do mezenchymálních kmenových buněk získaných od dospělých ve věku 18–40 let a také od seniorů ve věku 60–85 let, kteří podstoupili ortopedickou operaci.
Injekce mikroRNA-141-3p způsobila pokles hladiny SDF-1 a způsobila, že kmenové buňky vytvářely více tuku místo kostních buněk. S věkem vysvětlujte vědcům, že je snazší vytvářet tukové buňky než kostní buňky.
Tým také přidal mikroRNA-141-3p do kostních buněk, což zhoršilo funkci kostí. Aplikace inhibitoru microRNA-141-3p však zlepšila funkci kostí.
Zjištění, vysvětluje Dr. Fulzele, naznačují, že jednoho dne může použití inhibitoru microRNA-141-3p pomoci kmenovým buňkám pokračovat v diferenciaci na kostní buňky i přes věk a podmínky, jako je osteoporóza.
Inhibitor, tvrdí Dr. Fulzele, „normalizuje funkci kostí. Myslíme si, že [a] klinický inhibitor nám může pomoci udělat to samé u lidí. “
"Pokud je vám 20 let a máte skvělé kosti," dodává, "stále byste měli ve svých mezenchymálních kmenových buňkách mikroRNA-141-3p." Ale když vám je 81 a máte slabší kost, máte toho mnohem víc. “
"Chcete to tak trochu na tom sladkém místě," vysvětluje autor korespondující studie Dr. William D. Hill, výzkumník kmenových buněk z Augusta University. Vědci tvrdí, že plánují přesunout svá zjištění do preklinických modelů, kde chtějí najít způsoby, jak obnovit zdravé hladiny mikroRNA-141-3p a SDF-1.
"Snažíme se to vytočit zpět dolů, odkud je [microRNA-141-3p] nadměrně exprimován v důsledku faktorů, jako je stárnutí a oxidační stres a potlačení estrogenu, a vrátit jej zpět do rozsahu, který by účinně umožňoval normálnější tvorba kostí. “
Dr. William D. Hill
"Identifikovali jsme řadu mikroRNA, které se stárnutím mění v kmenových buňkách kostní dřeně, a po každé z nich se snažíme pochopit, jak fungují," dodává Dr. Hill.
"Začínáme více využívat přístup biologických systémů, [přičemž] neměníme jen jednu cílovou molekulu, ale díváme se na to, jak se tato síť molekul mění s věkem nebo nemocí a jak můžeme dosáhnout a [...] resetovat tyto různé cesty. “
