Ortopedia: Naukowcy wyhodowali żywy model kości

W Sekcji Archeo w Pulsarze prezentujemy archiwalne teksty ze „Świata Nauki” i „Wiedzy i Życia”. Wciąż aktualne, intrygujące i inspirujące.

Organoidy hodowane w laboratorium, niewielkie struktury komórkowe, które pod względem organizacji i działania są podobne do rzeczywistych narządów, odgrywają coraz większą rolę w badaniach medycznych. Mikromodele mózgu, płuc i innych narządów są dostępne od wielu lat, ale wysiłki zmierzające do otrzymania organoidu tkanki kostnej kończyły się porażką. Wyjątkowość kości bierze się stąd, że tworzące je komórki różnych typów są zanurzone w zewnętrznej, stale zmieniającej się matrycy zbudowanej z kolagenu i minerałów. W podejmowanych próbach nie udawało się odtworzyć mechanizmów powstawania komórek równolegle z tą zewnętrzną matrycą oraz wzajemnego oddziaływania obydwu struktur. Niedawno badacze zdołali opracować realistyczny model, który ma szansę pomóc w zrozumieniu przyczyn wielu chorób kości.

Anat Akiva, biolożka komórkowa z Uniwersyteckiego Centrum Medycznego Radboud w Holandii i główna autorka pracy opublikowanej w czasopiśmie „Advanced Functional Materials” (2021), podkreśla, że po raz pierwszy zaprezentowano „jednolity obraz” wczesnych etapów rozwoju, które są krytyczne dla tworzenia kości. Akiva i jej współpracownicy odkryli, że przyłożenie siły odpowiadającej rzeczywistym naprężeniom kości w organizmie powoduje przekształcanie się komórek macierzystych szpiku kostnego w tworzące kość osteoblasty i regulujące wzrost osteocyty, które wspólnie wytwarzają wszystkie białka niezbędne do ich funkcjonowania. Proces zastosowany przez badaczy wyzwolił również wzrost pozakomórkowej matrycy, która ma właściwości zbliżone do tkanki kostnej człowieka. W wyniku prowadzonego przez cztery tygodnie eksperymentu badacze otrzymali niewielki walec wypełniony włóknami kostnymi. Pod względem właściwości odpowiadały one tkance kostnej, która początkowo jest tworzona w organizmach żywych, a później zastępowana przez bardziej dojrzałe formy.

Badacze chcieliby wykorzystać nowy model do śledzenia na poziomie molekularnym zjawisk, które towarzyszą zakłóceniom procesu wzrostu występującym w przypadku wielu chorób układu kostnego u dziesiątków milionów ludzi na całym świecie. Jedną z nich jest wrodzona łamliwość kości (osteogenesis imperfecta), uwarunkowane genetycznie zaburzenie tworzenia matrycy pozakomórkowej, które sprawia, że chory w ciągu swojego życia doświadcza setek złamań. Również nowotwory, takie jak kostniakomięsak (osteosarcoma), są związane z zaburzeniami procesu tworzenia kości; nowy model komórkowy może ułatwić zrozumienie, w jaki sposób komórki rakowe wnikają do matrycy pozakomórkowej i powodują wzrost innej niepotrzebnej kości.

Ralph Müller, zastępca dyrektora Insytutu Biomechaniki w ETH Zürich, który nie uczestniczył w opisywanych badaniach, wyjaśnia, że organoidy kości mogą ułatwić lekarzom opracowywanie dla pacjentów wysoko specjalizowanych terapii. Aby zoptymalizować proces leczenia, badacze będą mogli wyhodować organoidy, używając do tego żywych wycinków tkanek pobranych od pacjenta, i sprawdzić, jak kości różnych rodzajów zareagują na warianty planowanego leczenia.

„Mamy wiarygodny model tworzenia kości – podkreśla Akiva. – Pozwala on przyjrzeć się szczegółom i zbadać patologie wzrostu, a także poszukać metody terapii”.

Dziękujemy, że jesteś z nami. Pulsar dostarcza najciekawsze informacje naukowe i przybliża wyselekcjonowane badania naukowe. Jeśli korzystasz z publikowanych przez Pulsar materiałów, prosimy o powołanie się na nasz portal. Źródło: www.projektpulsar.pl.