Stamcellen 'overhalen' om nieuw botweefsel te vormen
Nieuw onderzoek heeft een mogelijke manier geïdentificeerd om bepaalde stamcellen te manipuleren om nieuw botweefsel te genereren. De resultaten van dit onderzoek zouden de uitkomst enorm kunnen verbeteren voor mensen met skeletletsel of aandoeningen zoals osteoporose.
Stamcellen zijn ongedifferentieerde cellen die zich kunnen specialiseren en elke functie kunnen vervullen.
Veel recent onderzoek heeft zich gericht op het beste gebruik van stamcellen voor therapeutische doeleinden. Onderzoekers zijn vooral geïnteresseerd in hoe ze deze kunnen manipuleren om nieuw weefsel te creëren dat met succes beschadigde sets cellen kan vervangen of cellen die niet langer functioneel zijn.
In een nieuwe studie van de Johns Hopkins University School of Medicine in Baltimore, MD, hebben Dr. Aaron James en zijn team gekeken naar de mechanismen die ervoor zorgen dat bepaalde soorten stamcellen, die bekend staan als 'perivasculaire stamcellen', nieuwe vormen van botweefsel.
Deze stamcellen hebben de neiging om in vetweefsel of botweefsel te veranderen. Tot op heden is het onduidelijk wat hun lot precies bepaalt.
“Onze botten hebben een beperkte hoeveelheid stamcellen waaruit we kunnen putten om nieuw bot te maken. Als we deze cellen zouden kunnen overhalen naar het lot van een botcel en weg van vet, zou dat een grote vooruitgang zijn in ons vermogen om botgezondheid en genezing te bevorderen. "
Dr. Aaron James
De onderzoekers deden hun onderzoek zowel in een ratmodel als in menselijke celculturen, en ze rapporteren hun bevindingen in het tijdschrift Wetenschappelijke rapporten.
Het eiwit dat het lot van de cel bepaalt
Eerdere studies die Dr. James uitvoerde, hebben gesuggereerd dat een bepaald signaaleiwit genaamd WISP-1 waarschijnlijk het lot van perivasculaire stamcellen zal bepalen door ze te ‘vertellen’ of ze vet of botweefsel moeten vormen.
In de huidige studie probeerden de onderzoekers de rol van WISP-1 bij het bepalen van het lot van stamcellen te bewijzen door een reeks menselijke stamcellen genetisch te modificeren om te voorkomen dat ze dit eiwit produceren.
Toen ze genactiviteit in de gemanipuleerde stamcellen vergeleken met genactiviteit in cellen die nog steeds WISP-1 produceerden, bevestigden de onderzoekers dat het eiwit een belangrijke rol speelde. In de cellen zonder WISP-1 hadden vier van de genen die verantwoordelijk zijn voor vetvorming een 50-200 procent hoger activiteitsniveau dan in de cellen die WISP-1 bleven produceren.
Dit gaf ook aan dat de juiste dosering van dit signaaleiwit de stamcellen zou kunnen drijven om botweefsel te vormen in plaats van vetweefsel.
Zoals verwacht, toen de onderzoekers stamcellen modificeerden om de WISP-1-productie te verhogen, merkten ze dat drie van de genen die de groei van botweefsel stimuleren twee keer zo actief werden in vergelijking met die in stamcellen met normale niveaus van het signaaleiwit.
Tegelijkertijd was de activiteit van genen die de groei van vetweefsel stimuleerden - zoals peroxisoomproliferator-geactiveerde receptor gamma (PPARG) - 42 procent lager in stamcellen met een WISP-1-boost, en deze afname deed zich voor in het voordeel van genen die de groei van botweefsel bepalen.
Stamcelinterventie is veelbelovend
In de volgende fase van de studie gebruikten de wetenschappers een rattenmodel om te bepalen of WISP-1 botgenezing bij spinale fusie zou kunnen stimuleren, een type medische interventie waarbij twee of meer wervels (ruggengraatbeenderen) moeten worden samengevoegd om een enkel bot te vormen.
Het therapeutische gebruik van spinale fusie is om rugpijn of spinale stabiliteit te verbeteren in de context van verschillende aandoeningen die de wervelkolom aantasten, zoals scoliose.
Gewoonlijk: "Zo'n procedure vereist een enorme hoeveelheid nieuwe botcellen", legt dr. James uit. "Als we de aanmaak van botcellen op de plaats van de fusie zouden kunnen sturen, zouden we patiënten kunnen helpen sneller te herstellen en het risico op complicaties te verkleinen", merkt hij op.
In de huidige studie injecteerden de onderzoekers menselijke stamcellen met actieve WISP-1 in ratten. Ze deden dit tussen de wervels die zouden worden samengevoegd als onderdeel van de fusieprocedure.
Na 4 weken ontdekten Dr. James en zijn team dat de dieren nog steeds hoge niveaus van WISP-1 in hun ruggenmergweefsel vertoonden. Bovendien vormde zich al op de juiste plaatsen nieuw botweefsel, waardoor de wervels 'vastgelast' werden.
Omgekeerd vertoonden ratten die dezelfde chirurgische ingreep hadden ondergaan, maar zonder de WISP-1-boost, geen wervelfusie tijdens dezelfde periode.
"We hopen dat onze bevindingen de ontwikkeling van cellulaire therapieën zullen bevorderen om botvorming te bevorderen na operaties zoals deze en voor andere skeletletsels en ziekten, zoals botbreuken en osteoporose," verklaart Dr. James.
In de toekomst wil het onderzoeksteam ook uitzoeken of het verlagen van de WISP-1-niveaus in stamcellen ertoe zou kunnen leiden dat ze vetweefsel vormen, wat een snellere wondgenezing zou kunnen bevorderen.
