"Coassificare" le cellule staminali per formare nuovo tessuto osseo
Una nuova ricerca ha identificato un possibile modo per manipolare alcune cellule staminali per generare nuovo tessuto osseo. I risultati di questa indagine potrebbero migliorare notevolmente i risultati per le persone con lesioni scheletriche o condizioni come l'osteoporosi.
Le cellule staminali sono cellule indifferenziate che hanno il potenziale per specializzarsi e svolgere qualsiasi funzione.
Molte ricerche recenti si sono concentrate su come utilizzare al meglio le cellule staminali per scopi terapeutici. I ricercatori sono particolarmente interessati a come manipolarli per creare nuovi tessuti in grado di sostituire con successo gruppi di cellule danneggiati o non più funzionali.
In un nuovo studio della Johns Hopkins University School of Medicine di Baltimora, MD, il dottor Aaron James e il suo team hanno esaminato i meccanismi che consentono ad alcuni tipi di cellule staminali, note come "cellule staminali perivascolari", di formare nuove tessuto osseo.
Queste cellule staminali tendono a trasformarsi in tessuto adiposo o tessuto osseo. Ad oggi, non è chiaro cosa determini esattamente il loro destino.
“Le nostre ossa hanno un pool limitato di cellule staminali da cui attingere per creare nuovo osso. Se potessimo persuadere queste cellule verso il destino di una cellula ossea e lontano dal grasso, sarebbe un grande progresso nella nostra capacità di promuovere la salute e la guarigione delle ossa ".
Dottor Aaron James
I ricercatori hanno condotto le loro ricerche su un modello di ratto e su colture cellulari umane e riportano le loro scoperte sulla rivista Rapporti scientifici.
La proteina che guida il destino delle cellule
Precedenti studi condotti dal Dr. James hanno suggerito che una particolare proteina di segnalazione chiamata WISP-1 potrebbe guidare il destino delle cellule staminali perivascolari "dicendo loro" se formare tessuto adiposo o osseo.
In questo studio, i ricercatori hanno cercato di dimostrare il ruolo di WISP-1 nel determinare il destino delle cellule staminali modificando geneticamente una serie di cellule staminali umane per impedire loro di produrre questa proteina.
Quando hanno confrontato l'attività genica nelle cellule staminali ingegnerizzate con l'attività genica nelle cellule che ancora producevano WISP-1, i ricercatori hanno confermato che la proteina ha svolto un ruolo importante. Nelle cellule senza WISP-1, quattro dei geni responsabili della formazione di grasso avevano un livello di attività superiore del 50-200% rispetto alle cellule che continuavano a produrre WISP-1.
Ciò ha anche indicato che il corretto dosaggio di questa proteina di segnalazione potrebbe indurre le cellule staminali a formare tessuto osseo invece di tessuto adiposo.
Come previsto, quando i ricercatori hanno poi modificato le cellule staminali per aumentare la produzione di WISP-1, hanno notato che tre dei geni che stimolano la crescita del tessuto osseo sono diventati due volte più attivi rispetto a quelli delle cellule staminali con livelli normali della proteina di segnalazione.
Allo stesso tempo, l'attività dei geni che hanno stimolato la crescita del tessuto adiposo - come il recettore gamma attivato dal proliferatore del perossisoma (PPARG) - è stata del 42% inferiore nelle cellule staminali con una spinta WISP-1, e questa diminuzione si è verificata a favore di geni che determinano la crescita del tessuto osseo.
L'intervento sulle cellule staminali mostra risultati promettenti
Nella fase successiva dello studio, gli scienziati hanno utilizzato un modello di ratto per determinare se il WISP-1 potrebbe aumentare la guarigione ossea nella fusione spinale, un tipo di intervento medico che richiede l'unione di due o più vertebre (ossa della colonna vertebrale) per formare un singolo osso.
L'uso terapeutico della fusione spinale è per migliorare il mal di schiena o la stabilità spinale nel contesto di varie condizioni che colpiscono la colonna vertebrale, come la scoliosi.
Di solito, "una tale procedura richiede una quantità enorme di nuove cellule ossee", spiega il dott. James. "Se potessimo dirigere la creazione di cellule ossee nel sito di fusione, potremmo aiutare i pazienti a riprendersi più rapidamente e ridurre il rischio di complicanze", osserva.
In questo studio, i ricercatori hanno iniettato cellule staminali umane che avevano WISP-1 attivo nei ratti. Lo hanno fatto tra le vertebre che dovevano unirsi come parte della procedura di fusione.
Dopo 4 settimane, il dottor James e il suo team hanno scoperto che gli animali mostravano ancora alti livelli di WISP-1 nel loro tessuto spinale. Inoltre, il nuovo tessuto osseo si stava già formando nei punti giusti, consentendo alle vertebre di "saldarsi".
Al contrario, i ratti che avevano ricevuto lo stesso intervento chirurgico ma senza il potenziamento WISP-1 non hanno presentato alcuna fusione vertebrale durante questo stesso periodo.
"Ci auguriamo che le nostre scoperte promuovano lo sviluppo di terapie cellulari per promuovere la formazione ossea dopo interventi chirurgici come questo e per altre lesioni e malattie scheletriche, come ossa rotte e osteoporosi", dichiara il dott. James.
In futuro, il team di ricerca mira anche a scoprire se la riduzione dei livelli di WISP-1 nelle cellule staminali potrebbe portarle a formare tessuto adiposo, che potrebbe aiutare a promuovere una guarigione più rapida delle ferite.
