'Coaxing' stamceller för att bilda ny benvävnad
Ny forskning har identifierat ett möjligt sätt att manipulera vissa stamceller för att generera ny benvävnad. Resultaten av denna undersökning kan avsevärt förbättra resultatet för personer med skador på skelettet eller tillstånd som osteoporos.
Stamceller är odifferentierade celler som har potential att specialisera sig och utföra någon funktion.
Mycket ny forskning har fokuserat på hur man bäst använder stamceller för terapeutiska ändamål. Forskare är särskilt intresserade av hur man manipulerar dem för att skapa ny vävnad som framgångsrikt kan ersätta skadade celler eller de som inte längre fungerar.
I en ny studie från Johns Hopkins University School of Medicine i Baltimore, MD, har Dr. Aaron James och hans team undersökt de mekanismer som gör det möjligt för vissa typer av stamceller, som kallas "perivaskulära stamceller", att bilda nya benvävnad.
Dessa stamceller tenderar att förvandlas till antingen fettvävnad eller benvävnad. Hittills har det varit oklart vad som exakt avgör deras öde.
”Våra ben har en begränsad pool av stamceller att dra från för att skapa nytt ben. Om vi kunde locka dessa celler mot ett bencellsöde och borta från fett, skulle det vara ett stort framsteg i vår förmåga att främja benhälsa och läkning. ”
Dr. Aaron James
Utredarna genomförde sin forskning i en råttmodell såväl som i humana cellkulturer, och de rapporterar sina resultat i tidskriften Vetenskapliga rapporter.
Proteinet som driver cellens öde
Tidigare studier som Dr. James genomförde har föreslagit att ett visst signalprotein som heter WISP-1 sannolikt kommer att driva ödet för perivaskulära stamceller genom att "berätta" för dem om de ska bilda fett eller benvävnad.
I den aktuella studien försökte forskarna bevisa WISP-1: s roll för att bestämma stamcells öde genom att genetiskt modifiera en uppsättning mänskliga stamceller för att hindra dem från att producera detta protein.
När de jämförde genaktivitet i de konstruerade stamcellerna med genaktivitet i celler som fortfarande producerade WISP-1, bekräftade forskarna att proteinet spelade en viktig roll. I cellerna utan WISP-1 hade fyra av generna som ansvarar för fettbildning 50–200 procent högre aktivitetsnivå än de gjorde i cellerna som fortsatte att producera WISP-1.
Detta indikerade också att rätt dosering av detta signalprotein kunde driva stamcellerna till att bilda benvävnad istället för fettvävnad.
Som förväntat, när forskarna sedan modifierade stamceller för att öka WISP-1-produktionen, märkte de att tre av generna som stimulerar benvävnadstillväxt blev dubbelt så aktiva jämfört med dem i stamceller med normala nivåer av signalproteinet.
Samtidigt var aktiviteten hos gener som stimulerade tillväxten av fettvävnad - såsom peroxisomproliferatoraktiverad receptor gamma (PPARG) - 42 procent lägre i stamceller med en WISP-1-boost, och denna minskning inträffade till förmån för gener som bestämmer benvävnadstillväxt.
Stamcellsintervention visar löfte
I nästa steg av studien använde forskarna en råttmodell för att avgöra om WISP-1 kunde öka benläkningen vid ryggradsfusion, en typ av medicinsk intervention som kräver att man sammanfogar två eller flera ryggkotor (ryggradsben) för att bilda ett enda ben.
Den terapeutiska användningen av ryggradsfusion är att förbättra ryggont eller ryggradens stabilitet i samband med olika tillstånd som påverkar ryggraden, såsom skolios.
Vanligtvis "Ett sådant förfarande kräver en enorm mängd nya benceller", förklarar Dr. James. "Om vi kunde rikta upp skapandet av benceller på platsen för fusionen, kan vi hjälpa patienter att återhämta sig snabbare och minska risken för komplikationer", konstaterar han.
I den aktuella studien injicerade forskarna mänskliga stamceller som hade aktiv WISP-1 i råttor. De gjorde detta mellan ryggkotorna som skulle förenas som en del av fusionsproceduren.
Efter fyra veckor fann Dr. James och hans team att djuren fortfarande uppvisade höga nivåer av WISP-1 i ryggvävnaden. Dessutom bildades redan ny benvävnad på rätt ställen, vilket gjorde att ryggkotorna kunde "svetsas".
Omvänt presenterade råttor som hade fått samma kirurgiska ingrepp men utan WISP-1-boost inte någon ryggradsfusion under samma period.
"Vi hoppas att våra resultat kommer att främja utvecklingen av cellulära terapier för att främja benbildning efter operationer som den här och för andra skelettskador och sjukdomar, såsom benbrott och osteoporos," förklarar Dr. James.
I framtiden syftar forskargruppen också till att ta reda på om minskning av WISP-1-nivåer i stamceller kan leda till att de bildar fettvävnad, vilket kan hjälpa till att främja snabbare sårläkning.
