Sleutelmolecuul verklaart waarom botten verzwakken met de leeftijd
Een eerste studie in zijn soort onthult dat, naarmate we ouder worden, de niveaus van een bepaald molecuul toenemen, waardoor een ander molecuul dat gezond bot aanmaakt, tot zwijgen wordt gebracht. Het suggereert ook dat het corrigeren van deze onbalans de gezondheid van de botten kan verbeteren, wat mogelijk nieuwe wegen biedt voor de behandeling van osteoporose.
Osteoporose treft wereldwijd ongeveer 200 miljoen vrouwen.
Een op de 3 vrouwen en 1 op de 5 mannen van 50 jaar en ouder zou tijdens zijn leven een botbreuk krijgen als gevolg van osteoporose.
In de Verenigde Staten geven schattingen aan dat 44 miljoen mensen ouder dan 50 met de aandoening leven, waardoor het een groot probleem voor de volksgezondheid is.
Nieuw onderzoek brengt ons dichter bij het begrijpen van het proces dat leidt tot botafbraak bij osteoporose en tot mogelijke nieuwe manieren waarop de aandoening kan worden aangepakt.
De bevindingen verklaren een belangrijke moleculaire dynamiek die verantwoordelijk is voor de progressieve kwetsbaarheid van onze botten naarmate we ouder worden.
Dr. Sadanand Fulzele, een botbioloog die werkt op de afdeling orthopedische chirurgie aan de Augusta University in Georgia, is een co-corresponderende onderzoeker en de laatste auteur van het nieuwe artikel, dat werd gepubliceerd in de Journal of Gerontology: Biological Sciences.
Inzoomen op een kleine moleculaire boosdoener
Dr. Fulzele en collega's leggen het proces van botvorming uit - dat begint met mesenchymale stamcellen. Dit zijn stamcellen die in ons beenmerg kunnen worden aangetroffen en die zich kunnen vormen als kraakbeen, bot of het vet in het beenmerg.
Een van de factoren die van invloed zijn op de vorm die deze cellen uiteindelijk zullen aannemen, is een signaalmolecuul dat de stromale cel-afgeleide factor (SDF-1) wordt genoemd.
Eerder onderzoek door hetzelfde team had aangetoond hoe belangrijk SDF-1 is voor de differentiatie van mesenchymale stamcellen in de verschillende cellen die cruciaal zijn voor de gezondheid van de botten.
Zowel in vitro als in vivo studies uitgevoerd door de onderzoekers toonden de sleutelrol aan van dit signaalmolecuul voor botvorming. SDF-1 is ook belangrijk voor botherstel en beschermt botcellen tegen oxidatieve stress, de onbalans tussen vrije radicalen en antioxidanten in het lichaam die uiteindelijk leidt tot DNA-schade en ziekte.
Eerdere studies hadden ook aangetoond dat SDF-1-niveaus afnemen bij ouder wordende muizen; Dus in deze studie wilden Dr. Fulzele en team precies begrijpen hoe de niveaus van dit molecuul worden gereguleerd.
In een deel van zijn eerdere onderzoek had Dr. Fulzele aangetoond dat een kleine molecule genaamd microRNA-141-3p ervoor zorgt dat vitamine C, een belangrijke antioxidant, onze botcellen niet bereikt.
Het team wist al dat het molecuul kan voorkomen dat mesenchymale stamcellen differentiëren naar andere cellen, evenals het feit dat microRNA-141-3p toeneemt met de leeftijd. Dus, dr. Fulzele en team veronderstelden dat microRNA-141-3p SDF-1 verlaagt, en dat dit een van de belangrijkste manieren is waarop dit kleine molecuul de gezonde botvorming stopt.
Herstel van normale botfunctie ondanks leeftijd
Om dit te testen, analyseerden Dr. Fulzele en collega's mesenchymale cellen van zowel mensen als muizen. In jonge cellen ontdekten ze dat de niveaus van microRNA-141-3p laag waren. In oude cellen waren de niveaus van dit molecuul echter verdrievoudigd. Het tegenovergestelde was waar voor SDF-1-niveaus.
Vervolgens injecteerden de onderzoekers microRNA-141-3p in mesenchymale stamcellen die waren verkregen van volwassenen van 18-40 jaar, evenals van senioren van 60-85 jaar die orthopedische chirurgie hadden ondergaan.
Door microRNA-141-3p te injecteren, kelderden de SDF-1-niveaus en maakten de stamcellen meer vet aan in plaats van botcellen. Met het ouder worden, leggen de onderzoekers uit, wordt het maken van vetcellen in plaats van botcellen gemakkelijker.
Ook voegde het team microRNA-141-3p toe aan botcellen, wat de botfunctie verslechterde. Het toepassen van een microRNA-141-3p-remmer verbeterde de botfunctie.
De bevindingen, legt dr. Fulzele uit, suggereren dat het gebruik van een microRNA-141-3p-remmer op een dag stamcellen zou kunnen helpen om te blijven differentiëren tot botcellen, ondanks leeftijd en aandoeningen zoals osteoporose.
De remmer, zegt dr. Fulzele, “normaliseert de botfunctie. We denken dat [een] remmer van klinische kwaliteit ons kan helpen hetzelfde te doen bij mensen. "
"Als je 20 jaar oud bent en geweldige botten maakt", voegt hij eraan toe, "zou je nog steeds microRNA-141-3p in je mesenchymale stamcellen hebben. Maar als je 81 bent en zwakker bot maakt, heb je er veel meer van. "
"Je wilt het op die sweet spot", legt co-corresponderende studie auteur dr. William D. Hill, een stamcelonderzoeker van Augusta University, uit. De onderzoekers zeggen dat ze van plan zijn hun bevindingen over te brengen naar preklinische modellen, waar ze manieren willen vinden om gezonde niveaus van microRNA-141-3p en SDF-1 te herstellen.
"Wat we proberen te doen, is het terugdraaien van waar [microRNA-141-3p] tot overexpressie wordt gebracht als gevolg van factoren als veroudering en oxidatieve stress en onderdrukking van oestrogeen, en het terugbrengen in een bereik dat effectief meer normale botvorming. "
Dr. William D. Hill
"We hebben een aantal microRNA's geïdentificeerd die bij veroudering in de beenmergstamcellen veranderen en we gaan elk van deze na om te begrijpen hoe ze werken", voegt Dr. Hill toe.
"We beginnen meer een biologische systeembenadering te volgen, [waarbij we] niet alleen één doelmolecuul veranderen, maar kijken hoe dit netwerk van moleculen verandert met de leeftijd of ziekte en hoe we kunnen bereiken en [...] resetten. deze verschillende paden. "
