'Coaxing' stamceller til dannelse af nyt knoglevæv
Ny forskning har identificeret en mulig måde at manipulere visse stamceller til at generere nyt knoglevæv. Resultaterne af denne undersøgelse kunne i høj grad forbedre resultatet for mennesker med skeletskader eller tilstande som osteoporose.
Stamceller er udifferentierede celler, der har potentialet til at specialisere sig og udføre enhver funktion.
Meget nyere forskning har fokuseret på, hvordan man bedst bruger stamceller til terapeutiske formål. Forskere er især interesserede i, hvordan man manipulerer dem til at skabe nyt væv, der med succes kan erstatte beskadigede sæt celler eller dem, der ikke længere er funktionelle.
I en ny undersøgelse fra Johns Hopkins University School of Medicine i Baltimore, MD, har Dr. Aaron James og hans team undersøgt de mekanismer, der gør det muligt for visse typer stamceller, der er kendt som "perivaskulære stamceller", at danne nye knoglevæv.
Disse stamceller har tendens til enten at blive til fedtvæv eller knoglevæv. Til dato har det været uklart, hvad der præcist bestemmer deres skæbne.
”Vores knogler har en begrænset pool af stamceller at trække fra for at skabe ny knogle. Hvis vi kunne lokke disse celler hen imod en knoglecellens skæbne og væk fra fedt, ville det være en stor fremgang i vores evne til at fremme knoglesundhed og helbredelse. ”
Dr. Aaron James
Efterforskerne udførte deres forskning i en rotte-model såvel som i menneskelige cellekulturer, og de rapporterer deres resultater i tidsskriftet Videnskabelige rapporter.
Proteinet, der driver celle skæbne
Tidligere undersøgelser, som Dr. James gennemførte, har antydet, at et bestemt signalprotein kaldet WISP-1 sandsynligvis vil drive skæbnen for perivaskulære stamceller ved at "fortælle" dem, om de skal danne fedt eller knoglevæv.
I den nuværende undersøgelse forsøgte forskerne at bevise WISP-1's rolle i bestemmelsen af stamcellens skæbne ved genetisk at modificere et sæt humane stamceller for at forhindre dem i at producere dette protein.
Da de sammenlignede genaktivitet i de konstruerede stamceller med genaktivitet i celler, der stadig producerede WISP-1, bekræftede forskerne, at proteinet spillede en vigtig rolle. I cellerne uden WISP-1 havde fire af de gener, der var ansvarlige for fedtdannelse, et 50-200 procent højere aktivitetsniveau, end de gjorde i cellerne, der fortsatte med at producere WISP-1.
Dette indikerede også, at den korrekte dosis af dette signalprotein kunne drive stamcellerne til at danne knoglevæv i stedet for fedtvæv.
Som forventet, da forskerne derefter modificerede stamceller for at øge WISP-1-produktionen, bemærkede de, at tre af de gener, der stimulerer knoglevævsvækst, blev dobbelt så aktive sammenlignet med dem i stamceller med normale niveauer af signalproteinet.
Samtidig var aktiviteten af gener, der stimulerede væksten af fedtvæv - såsom peroxisomproliferatoraktiveret receptor gamma (PPARG) - 42 procent lavere i stamceller med et WISP-1 boost, og dette fald skete til fordel for gener, der bestemmer knoglevævsvækst.
Stamcelleintervention viser løfte
I den næste fase af undersøgelsen anvendte forskerne en rotte-model til at bestemme, om WISP-1 kunne øge knogleheling i spinalfusion, en type medicinsk intervention, der kræver sammenføjning af to eller flere ryghvirvler (rygsøjleben) for at danne en enkelt knogle.
Den terapeutiske anvendelse af spinalfusion er at forbedre rygsmerter eller rygsøjlestabilitet i sammenhæng med forskellige tilstande, der påvirker rygsøjlen, såsom skoliose.
Normalt “En sådan procedure kræver en enorm mængde nye knogleceller,” forklarer Dr. James. "Hvis vi kunne lede skabelsen af knogleceller på fusionsstedet, kunne vi hjælpe patienter med at komme sig hurtigere og reducere risikoen for komplikationer," bemærker han.
I den aktuelle undersøgelse injicerede forskerne humane stamceller, der havde aktiv WISP-1 i rotter. De gjorde dette mellem ryghvirvlerne, der skulle tilsluttes som en del af fusionsproceduren.
Efter 4 uger fandt Dr. James og hans team, at dyrene stadig udviste høje niveauer af WISP-1 i deres spinalvæv. Desuden var der allerede dannet nyt knoglevæv de rigtige steder, hvilket gjorde det muligt for hvirvlerne at blive "svejset".
Omvendt udviste rotter, der havde modtaget den samme kirurgiske indgreb, men uden WISP-1-boostet, ingen vertebral fusion i samme periode.
”Vi håber, at vores fund vil fremme udviklingen af cellulære terapier for at fremme knogledannelse efter operationer som denne og for andre knogleskader og sygdomme, såsom knogler og knogleskørhed,” erklærer Dr. James.
I fremtiden har forskergruppen også til formål at finde ud af, om reduktion af WISP-1-niveauer i stamceller kan få dem til at danne fedtvæv, hvilket kan hjælpe med at fremme hurtigere sårheling.
