Teraz będzie można naprawić kości łatwiej i szybciej. Polskie badaczki połączyły kilka sposobów stymulacji komórek

Nowa metoda opiera się na pozyskaniu komórek kostnych wskutek kontrolowanego różnicowania mezenchymalnych (mezenchyma to tkanka łączna, zarodkowa) komórek macierzystych (MSC) pobranych wcześniej z tkanki tłuszczowej.

Badaczki z Uniwersytetu Jagiellońskiego opracowały sposób szybkiego różnicowania komórek macierzystych (MSC) tkanki tłuszczowej w komórki tkanki kostnej.
- Wykorzystanie komórek tkanki tłuszczowej oraz opracowanej nowej metody ich naprowadzania na różnicowanie w komórki tkanki kostnej jest skuteczniejsze, szybsze i łatwiejsze w porównaniu do innych obecnie stosowanych metod w terapiach regeneracji tkanki kostnej z użyciem MSC szpiku kostnego lub tkanki tłuszczowej – twierdzą autorki sukcesu.
Opracowana metoda to wynik pracy badawczej dr hab. Anny Marii Osyczki, prof. UJ z Instytutu Zoologii i Badań Biomedycznych Uniwersytetu Jagiellońskiego i jej doktorantki, Karoliny Truchan oraz współpracujących dr hab. Katarzyny Cholewy-Kowalskiej, prof. Akademii Górniczo-Hutniczej i jej doktorantki, mgr inż. Barbary Zagrajczuk.

Mezenchymalne komórki macierzyste (MSC – z ang. Mesenchymal Stem Cells, nazywane również „leczniczymi komórkami sygnalnymi” – z ang. Medicinal Signaling Cells) można pozyskać od dorosłych dawców, z wielu różnych tkanek, w tym szpiku kostnego i tkanki tłuszczowej.

Komórki MSC mają unikatowe właściwości i w zależności od biochemicznych sygnałów, jakie otrzymają, mogą one przeobrażać się w komórki różnych tkanek, między innymi w:

• komórki kostne,
• komórki chrzęstne,
• komórki mięśniowe,
• komórki tłuszczowe,
• jak również mogą regenerować stawy, ścięgna, a nawet tkankę nerwową.

W organizmach zwierząt MSC pełnią funkcję naturalnego zasobu, który w razie potrzeby jest wykorzystany jako uniwersalny budulec nowej tkanki – na przykład po tym, gdy ulegnie ona uszkodzeniu.

– MSC to komórki, które w gotowości czekają na instrukcje. Gdy tylko je otrzymają, mogą przeobrażać się w tkanki o określonej funkcjonalności. Dla medycyny MSC są bardzo przydatne i pożądane, ponieważ dostęp do nich wraz z umiejętnością ich kontrolowanego różnicowania daje nam możliwość regeneracji chorych lub uszkodzonych tkanek. Właściwie zróżnicowane komórki mogą być wykorzystane do terapii regeneracyjnych, w tym również do przeszczepów – wyjaśnia Anna M. Osyczka, prof. UJ z Instytutu Zoologii i Badań Biomedycznych Uniwersytetu Jagiellońskiego.

Zespół z UJ opracował metodę, która pozwala bardzo szybko „poinstruować” wyizolowane wcześniej komórki MSC tkanki tłuszczowej, by te stały się komórkami tkanki kostnej. - Idea jest taka, by przygotowane w ten sposób komórki w warunkach laboratoryjnych móc bezpiecznie podawać pacjentom. Sposób ich wykorzystania i podawania to kwestia otwarta, zależna od indywidualnie zaprojektowanej terapii komórkowej – dodaje ekspertka.

Jak zapewniają badaczki z Krakowa, obecnie nie ma żadnych technicznych przeszkód, by z tkanki tłuszczowej człowieka pozyskać MSC i w warunkach laboratoryjnych namnożyć te komórki do zastosowania terapeutycznego. Jest to łatwiejsze, wydajniejsze i mniej obciążające dla potencjalnego dawcy, niż pobór np. MSC ze szpiku kostnego.
Okazuje się jednak, że wyzwaniem pozostaje skuteczne stymulowanie MSC tkanki tłuszczowej do różnicowania w komórki innej tkanki niż tej, z której zostały pobrane. To właśnie w tym obszarze zespół badaczek z UJ i AGH pod kierunkiem prof. Anny M. Osyczki dokonał przełomowego odkrycia.

Badaczki z UJ połączyły kilka sposobów stymulacji komórek, aby uzyskać zamierzony efekt – tj. szybkie naprowadzenie komórek tkanki tłuszczowej na różnicowanie w komórki kostne. W tym celu opracowały koktajl czynników chemicznych, które podawano komórkom, a także metodę stymulacji mechanicznej komórek (odpowiedniego mieszania pożywki podawanej komórkom). Trzecim ważnym elementem wynalazku było zastosowanie do hodowli komórek tzw. bioaktywnych, kompozytowych podłoży wzrostowych, opracowanych przez współpracowniczki prof. Anny M. Osyczki – prof. AGH, Katarzynę Cholewę-Kowalską i jej doktorantkę, Barbarę Zagrajczuk.

– Komórki MSC z tkanki tłuszczowej nie są w stanie samoistnie w hodowli zainicjować procesu tworzenia tkanki kostnej. Natomiast opracowany przez nas skład pożywki podawanej komórkom, a także odpowiednie mieszanie pożywki bardzo szybko naprowadza komórki MSC tkanki tłuszczowej na różnicowanie w komórki tkanki kostnej. Proces ten wspomagany jest przez zastosowanie specyficznych, opracowanych na AGH podłoży wzrostowych dla komórek – komentuje Karolina Truchan, współautorka wynalazku i doktorantka UJ.

Podłoża bioaktywne, na których w warunkach laboratoryjnych są hodowane i stymulowane komórki macierzyste, to efekt wieloletniej współpracy badawczej zespołów prof. Osyczki z UJ i prof. Cholewy-Kowalskiej z AGH.

– Zastosowane w wynalazku podłoża kompozytowe zawierają w sobie komponent w postaci bioaktywnego szkła, modyfikowanego pod względem zawartości odpowiednich tlenków. Wykazaliśmy dotąd, że podłoża takie wykazują szereg pożądanych właściwości biologicznych i mogą samodzielnie naprowadzać komórki MSC szpiku kostnego na różnicowanie w komórki kostne – wyjaśnia prof. UJ Anna M. Osyczka.

Według doktorantki UJ Karoliny Truchan, zastosowanie opracowanych na AGH podłoży do hodowli MSC tkanki tłuszczowej doskonale współdziała z opracowanym koktajlem i metodami jego mieszania w hodowli. – Hodowane komórki odbierają szybko instrukcje inicjujące procesy ich różnicowania w kierunku komórek tkanki kostnej – mówi ekspertka.

Opracowana metoda pozwala w kilka dni skutecznie zaprogramować MSC tkanki tłuszczowej tak, by hodowane komórki stały się komórkami kostnymi. Przygotowana w ten sposób hodowla może być potencjalnie wykorzystana do różnych terapii komórkowych, gdzie stosuje się autoprzeszczepy.

Trzy metody w jednym wynalazku:

• innowacyjna pożywka (tj. koktajl) dla MSC tkanki tłuszczowej, która wykazuje właściwości stymulujące różnicowanie ludzkich komórek macierzystych tkanki tłuszczowej w komórki kostne;
• sposób prowadzenia statycznej hodowli komórkowej (bez poddawania hodowli fizycznemu mieszaniu) na zastosowanych podłożach i z zastosowaniem koktajlu chemicznego;
• sposób prowadzenia dynamicznej hodowli komórkowej (hodowla jest poddawana fizycznemu mieszaniu, przez co przygotowanie komórek do przeszczepu jest jeszcze szybsze).

Jednym z potencjalnych zastosowań MSC jest stymulowanie namnożonych komórek do tworzenia kości. Naukowcy biorą nawet pod uwagę wszczepianie komórek zaraz po tym, jak komórki otrzymają właściwe „instrukcje”, w jaki typ komórek mają różnicować, ale zanim ulegną one ostatecznemu zróżnicowaniu.
Alternatywnie można poczekać, aż w laboratorium komórki „zasiedlą” przygotowany wcześniej implant, który będzie nośnikiem tych zróżnicowanych komórek. To, w jaki sposób wykorzystać MSC w leczeniu schorzeń tkanki kostnej, urazów czy ubytków, zależy od specyfiki i modelu terapii oraz indywidualnych uwarunkowań.

Jak mówią ekspertki, wyhodowane MSC podaje się pacjentom w zawiesinie lub na różnych nośnikach (biomateriałach) w miejsce, w którym oczekuje się, że wypełnią one ubytek kostny.
Stymulowane w warunkach laboratoryjnych komórki mogą też obudowywać tkanką kostną, ponieważ proces ten wspomagają odpowiednie bioaktywne implanty lub nośniki tych komórek. Możliwości zastosowań „zaprogramowanych” komórek MSC jest więc sporo.