'Coaxing' stamceller for å danne nytt beinvev
Ny forskning har identifisert en mulig måte å manipulere visse stamceller for å generere nytt beinvev. Resultatene av denne undersøkelsen kan forbedre resultatet for personer med skjelettskader eller tilstander som osteoporose.
Stamceller er udifferensierte celler som har potensial til å spesialisere seg og utføre enhver funksjon.
Mye nyere forskning har fokusert på hvordan man best kan bruke stamceller til terapeutiske formål. Forskere er spesielt interessert i hvordan man kan manipulere dem for å skape nytt vev som kan erstatte skadede sett med celler eller de som ikke lenger er funksjonelle.
I en ny studie fra Johns Hopkins University School of Medicine i Baltimore, MD, har Dr. Aaron James og teamet hans sett på mekanismene som gjør det mulig for visse typer stamceller, som er kjent som "perivaskulære stamceller", å danne nye beinvev.
Disse stamcellene har en tendens til å bli enten fettvev eller beinvev. Til dags dato har det vært uklart hva som bestemmer skjebnen deres.
”Våre bein har et begrenset basseng av stamceller å trekke fra for å skape nytt bein. Hvis vi kunne lokke disse cellene mot en skjebne fra beinceller og vekk fra fett, ville det være en stor fremgang i vår evne til å fremme beinhelse og helbredelse. "
Dr. Aaron James
Etterforskerne utførte sin forskning i en rotte-modell så vel som i menneskelige cellekulturer, og de rapporterer sine funn i tidsskriftet Vitenskapelige rapporter.
Proteinet som driver celleskjebnen
Tidligere studier som Dr. James gjennomførte, har antydet at et bestemt signalprotein kalt WISP-1 sannsynligvis vil drive skjebnen til perivaskulære stamceller ved å "fortelle" dem om de skal danne fett eller beinvev.
I den nåværende studien forsøkte forskerne å bevise WISP-1s rolle i å bestemme skjebnen til stamceller ved å genetisk modifisere et sett med menneskelige stamceller for å hindre dem i å produsere dette proteinet.
Da de sammenlignet genaktivitet i de konstruerte stamcellene med genaktivitet i celler som fremdeles produserte WISP-1, bekreftet forskerne at proteinet spilte en viktig rolle. I cellene uten WISP-1 hadde fire av genene som var ansvarlige for fettdannelse 50-200 prosent høyere aktivitetsnivå enn de gjorde i cellene som fortsatte å produsere WISP-1.
Dette indikerte også at riktig dosering av dette signalproteinet kunne drive stamcellene til å danne beinvev i stedet for fettvev.
Som forskerne, da forskerne deretter modifiserte stamceller for å øke WISP-1-produksjonen, la de merke til at tre av genene som stimulerer vekst av beinvev ble dobbelt så aktive sammenlignet med de i stamceller med normale nivåer av signalproteinet.
Samtidig var aktiviteten til gener som stimulerte veksten av fettvev - som peroksisomproliferatoraktivert reseptor gamma (PPARG) - 42 prosent lavere i stamceller med et WISP-1 boost, og denne reduksjonen skjedde til fordel for gener som bestemmer vekst av beinvev.
Stamcelleintervensjon viser løfte
I neste trinn av studien brukte forskerne en rotte-modell for å avgjøre om WISP-1 kunne øke beinheling i spinalfusjon, en type medisinsk intervensjon som krever sammenføyning av to eller flere ryggvirvler (ryggrad) for å danne et enkelt bein.
Den terapeutiske bruken av spinalfusjon er å forbedre ryggsmerter eller ryggstabilitet i sammenheng med forskjellige tilstander som påvirker ryggraden, for eksempel skoliose.
Vanligvis "En slik prosedyre krever en enorm mengde nye benceller," forklarer Dr. James. "Hvis vi kunne lede oppretting av beinceller på fusjonsstedet, kan vi hjelpe pasienter med å komme seg raskere og redusere risikoen for komplikasjoner," bemerker han.
I den nåværende studien injiserte forskerne humane stamceller som hadde aktiv WISP-1 i rotter. De gjorde dette mellom ryggvirvlene som skulle sammenføyes som en del av fusjonsprosedyren.
Etter fire uker fant Dr. James og teamet hans at dyrene fremdeles viste høye nivåer av WISP-1 i ryggvevet. Dessuten var det allerede dannet nytt beinvev på de riktige stedene, slik at ryggvirvlene kunne "sveises".
Omvendt hadde ikke rotter som hadde fått samme kirurgiske inngrep, men uten WISP-1 boost, ingen vertebral fusjon i løpet av samme periode.
"Vi håper funnene våre vil fremme utviklingen av cellulære terapier for å fremme beindannelse etter operasjoner som denne og for andre skjelettskader og sykdommer, som beinbrudd og osteoporose," erklærer Dr. James.
I fremtiden har forskerteamet som mål å finne ut om reduksjon av WISP-1-nivåer i stamceller kan føre til at de danner fettvev, noe som kan bidra til raskere sårheling.
