Naukowcy po raz pierwszy zidentyfikowali ludzkie szkieletowe komórki macierzyste, z których powstają kości, chrząstki lub zręby narządów. Komórki te zostały wyizolowane z kości płodu i dorosłego człowieka.

Po dziesięcioleciu poszukiwań naukowcom ze Stanford University School of Medicine udało się zidentyfikować ludzkie szkieletowe komórki macierzyste, które rozwijają się w kości, chrząstki i inne tkanki tworzące szkielet ciała. Wcześniej szkieletowe komórki macierzyste zidentyfikowano u gryzoni.

– Biorąc pod uwagę ogromne obciążenie medyczne narzucone przez choroby zwyrodnieniowe, nowotworowe, urazy i pooperacyjne skutki zabiegów chirurgicznych, uważamy, że identyfikacja ludzkiej szkieletowej komórki macierzystej i wyjaśnienie jej genealogii pozwoli na diagnostykę molekularną i leczenie chorób szkieletowych – powiedział główny autor badań Michael Longaker ze Stanford University School of Medicine.

Identyfikacja ludzkiej szkieletowej komórki macierzystej ujawnia zachowania specyficzne dla ścieżki rozwoju szkieletu oraz odpowiedź na uraz.

Wyniki badań zespołu naukowców ukazały się w piśmie „Cell”.

Odkrycie to może utorować drogę nowym metodom leczenia złamań, uszkodzeń stawów i osteoporozy.

Tkanki szkieletowe, takie jak kość, mają wyjątkowy potencjał regeneracyjny. Niektóre kręgowce mogą regenerować nawet całe części swoich kończyn. Jednak zdolności regeneracyjne tkanek szkieletowych u innych kręgowców są bardziej ograniczone. Na przykład, kości u myszy i ludzi mogą odtwarzać tylko niewielkie lub umiarkowane defekty, a tkanki chrząstki dorosłych mają niewielką lub żadną zdolność regeneracyjną. Ponadto zarówno myszy, jak i ludzie wykazują z czasem poważne zwyrodnienie tkanek szkieletowych związane z wiekiem.

Dysfunkcje szkieletu mogą prowadzić do szerokiego spektrum problemów zdrowotnych, począwszy od chorób związanych z wiekiem, takich jak osteoporoza i zapalenie kości i stawów, aż po nie gojące się urazy szkieletu, choroby krwi, a nawet nowotwory.

Pomimo znacznego wpływu na zdrowie i choroby, opcje leczenia mające na celu poprawę funkcji szkieletu są obecnie ograniczone. Główną przeszkodą jest to, że regulacja komórek macierzystych w ludzkim układzie kostnym pozostaje w dużej mierze nieznana.

W nowym badaniu Longaker i jego współpracownicy zajęli się tą luką w wiedzy, identyfikując i charakteryzując ludzkie szkieletowe komórki macierzyste oraz komórki potomne niezbędne w rozwoju kości i chrząstek. Naukowcy byli również w stanie uzyskać szkieletowe komórki macierzyste z indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych dorosłego człowieka.

Porównanie z mysimi szkieletowymi komórkami macierzystymi ujawniły ewolucyjne szlaki regulujące proces tworzenia się tkanki kostnej za pośrednictwem komórek macierzystych, jak również rozbieżne szlaki molekularne, które mogą regulować specyficzne dla gatunku różnice w rozwoju kości i strukturze szkieletu.

– Porównując różnice molekularne i funkcjonalne w określonych typach komórek macierzystych między różnymi gatunkami kręgowców, może być możliwe odkrycie zbieżnych i rozbieżnych mechanizmów, które leżą u podstaw wzrostu i regeneracji tkanek i zastosowanie tego zrozumienia w celu poprawy zdrowia i odmłodzenia u ludzi – wyjaśnił współautor badań Charles Chan ze Stanford University School of Medicine.

Aby potwierdzić, że naprawdę zidentyfikowali szkieletowe komórki macierzyste, zespół pozyskał fragmenty kości od dorosłych ludzi, które zostały świeżo wycięte podczas operacji wymiany stawu biodrowego i kolanowego. Zlokalizowali w nich komórki i wyhodowali je w naczyniach w laboratorium. Komórki te z czasem stworzyły nową kość i chrząstkę.

Podobny efekt dały komórki hodowane w laboratorium i uzyskane z indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych dorosłego człowieka. Po wyizolowaniu i wyhodowaniu w naczyniu komórki te rozwinęły się tylko w kości i chrząstki. Co ważne, komórki nie zamieniły się w tłuszcz, mięśnie ani nic innego. – To są prawdziwe szkieletowe komórki macierzyste – powiedział Longaker.

W badaniu zidentyfikowano jeszcze jedno nieoczekiwane źródło szkieletowych komórek macierzystych. To tłuszcz, który jest zwykle usuwany po liposukcji, co wskazuje na obfite, potencjalne rezerwuary komórek macierzystych, które mogą służyć do przyszłych badań i terapii.

Niektóre komórki zwane komórkami zrębowymi naczyń w tkance tłuszczowej są w rzeczywistości rodzajem komórek macierzystych. Izolując te komórki i hodując je w naczyniu obok białka stanowiącego czynnik wzrostu kości, naukowcy stworzyli szkieletowe komórki macierzyste.

– Pół miliona razy w roku obywatele USA wysysają tłuszcz, który jest następnie odrzucany, jako odpad medyczny. To dużo materiału, który moglibyśmy wykorzystać do generowania szkieletowych komórek macierzystych – zaznaczył Longaker.

Chociaż do praktycznych zastosowań odkrycia jeszcze długa droga, to Longaker uważa, że te komórki w przyszłości będą używane do zastąpienia uszkodzonej tkanki kostnej lub leczenia zwyrodnieniowych chorób szkieletowych, takich jak osteoporoza.

 

 

 

Źródło: Science DailyScience, DziennikNaukowy, , https://www.the-scientist.com/news-opinion/human-skeletal-stem-cell-found-64830, http://www.sci-news.com/biology/human-skeletal-stem-cells-06434.html