Znajdź zawartość

Komórki tłuszczowe (adipocyty) mogą wyczuwać światło słoneczne. Jeśli jest za mało światła o konkretnej długości fali, rośnie ryzyko zespołu metabolicznego. Ponieważ spędzamy sporą część doby w pomieszczeniach, naukowców bardzo to niepokoi. Przez bardzo długi czas ludzkie ciała ewoluowały w kontakcie ze światłem słonecznym. Rozwinęły się u nas nawet światłoczułe opsyny. Obecnie jednak spędzamy sporą część doby w warunkach sztucznego oświetlenia, co nie zapewnia nam pełnego spektrum światła, jakie uzyskiwalibyśmy ze słońca - opowiada dr Richard Lang z Centrum Medycznego Szpitala Dziecięcego w Cincinnati. Lang dodaje, że idea penetracji światła głęboko do tkanek jest bardzo nowa, nawet dla wielu naukowców. Ja i inni odkryliśmy jednak opsyny zlokalizowane w wielu typach tkanek. W ramach ostatnich badań naukowcy wystawiali myszy na oddziaływanie niskiej temperatury (ok. 4°C). Wiedzieli, że by się ogrzać, tak jak ludzie gryzonie będą mieć dreszcze i wykorzystają termogenezę bezdrżeniową, czyli proces wytwarzania ciepła w brunatnej tkance tłuszczowej (ang. brown adipose tissue, BAT). Pogłębiona analiza wykazała, że proces rozgrzewania jest zaburzony zarówno pod nieobecność genu OPN3 (opsyny-3), jak i niebieskiego światła o długości fali rzędu 480 nanometrów; światło o tej długości stanowi część światła słonecznego, ale w świetle sztucznym występuje tylko w niewielkiej ilości. Podczas ekspozycji na światło, OPN3 stymuluje komórki białej tkanki tłuszczowej (ang. white adipose tissue, WAT) do lipolizy i uwalniania kwasów tłuszczowych do krwiobiegu. Są one wykorzystywane przez różne komórki do zasilania swojej aktywności. BAT spala je w procesie oksydacji, by wygenerować ciepło. Gdy wyhodowano myszy pozbawione genu OPN3, po umieszczeniu w niskiej temperaturze nie były one w stanie ogrzać się tak skutecznie, jak inne gryzonie. Co jednak zaskakujące, zespół zauważył, że nawet gdy zwierzęta miały prawidłowy gen, nie rozgrzewały się, gdy wystawiano je na oddziaływanie światła pozbawionego niebieskiego spektrum. Uzyskane dane skłoniły naukowców do wyciągnięcia wniosku, że światło słoneczne jest niezbędne dla normalnego metabolizmu energii, przynajmniej u myszy. Choć Amerykanie podejrzewają, że podobny światłozależny szlak metaboliczny występuje u ludzi, by to potwierdzić, muszą przeprowadzić serię kolejnych eksperymentów. Jeśli adipocytowy szlak światło-OPN3 istnieje także u ludzi, ma to potencjalnie olbrzymie implikacje dla ludzkiego zdrowia. Współczesny tryb życia wystawia nas na oddziaływanie nienaturalnych spektrów światła. Oznacza również ekspozycję na światło nocą, pracę zmianową i zespół nagłej zmiany strefy czasowej, jet-leg; wszystkie z nich mogą skutkować zaburzeniami metabolicznymi. [...] Niewykluczone, że niewystarczająca stymulacja szlaku światło-OPN3 z komórek tłuszczowych stanowi częściowe wytłumaczenie zaburzeń metabolicznych w krajach uprzemysłowionych, gdzie nienaturalne oświetlenie stało się normą. Lang podkreśla, że jeśli jego podejrzenia się potwierdzą, być może w przyszłości światłoterapia stanie się metodą, za pomocą której będzie się zapobiegać przekształceniu zespołu metabolicznego w cukrzycę. Stan zdrowia publicznego będzie zaś można poprawić, zastępując zwykłe oświetlenie wewnętrzne systemami oświetlania pełnym spektrum. Najpierw jednak trzeba odpowiedzieć na szereg pytań, m.in. ile światła słonecznego potrzeba, by wesprzeć zdrowy metabolizm i czy ludziom zmagającym się z otyłością może brakować w adipocytach działającego genu OPN3. « powrót do artykułu

Leżenie i siedzenie sprzyjają otyłości nie tylko dlatego, że brak ruchu nie pozwala spożytkować spożywanych kalorii. Izraelscy naukowcy zauważyli właśnie, że przedłużone okresy mechanicznego naciągania zachęcają organizm do szybszego przekształcania preadipocytów w adipocyty. Poza tym w takich warunkach gromadzi się w nich o 50% więcej tłuszczu. Otyłość to coś więcej niż nierównowaga kaloryczna. Komórki reagują również na środowisko mechaniczne. Pod wpływem statycznego rozciągania komórki tłuszczowe w krótszym czasie wytwarzają większe ilości trójglicerydów - tłumaczy prof. Amit Gefen z Uniwersytetu w Tel Awiwie. Na co dzień Grefen zajmuje się badaniem przewlekłych owrzodzeń u pacjentów poruszających się na wózkach lub przykutych do łóżka. Naukowiec wiedział, że brak aktywności prowadzi do zaniku mięśni, ale analizując skany z rezonansu magnetycznego, zauważył, że z czasem tkankę mięśniową zaczynają też przerastać pasma tłuszczu. To zainspirowało badania nad wpływem obciążenia mechanicznego na rozrost tkanki tłuszczowej. Zespół stymulował preadipocyty glukozą i insuliną, by przekształcały się w komórki tłuszczowe. Później adipocyty z grupy eksperymentalnej umieszczano pojedynczo w urządzeniu do rozciągania (komórki mocowano na elastycznym substracie). Rozciąganie przez dłuższy czas miało oddawać leżenie czy siedzenie. Po 2 tygodniach naciągania w komórkach testowych znajdowało się znacznie więcej (w dodatku większych) kropli tłuszczu niż w komórkach z grupy kontrolnej. Do momentu osiągnięcia dojrzałości w tych pierwszych zgromadziło się o 50% więcej tłuszczu. Prof. uważa, że komórki na wiele sposobów wyczuwają mechaniczne obciążenie. Po raz pierwszy opisano, jak wpływa ono na ich różnicowanie. W przyszłości ekipa zamierza ustalić, jak długo można bezkarnie leżeć czy siedzieć, nim doprowadzi to do wzmożenia produkcji tłuszczu.

Po zażywaniu przez miesiąc eksperymentalnego leku o nazwie Adipotide, który wybiórczo odcina dopływ krwi do komórek tłuszczowych (adipocytów), otyłe rezusy straciły średnio 11% masy ciała. Jak donoszą naukowcy z MD Anderson Cancer Center przy University of Texas, zmniejszył się wskaźnik masy ciała, obwód w pasie, a także stopień otłuszczenia ciała. Uzyskanie takiej substancji do wykorzystania u ludzi mogłoby zapewnić niechirurgiczną metodę zmniejszenia ilości nagromadzonego tłuszczu białego. Obecne leki na odchudzanie mają kontrolować apetyt albo zapobiegać wchłanianiu tłuszczu z jelita - wyjaśnia dr Renata Pasqualini. Amerykanie zaprojektowali lek, który zawiera czynnik wiążący się z białkami powierzchniowymi naczyń zaopatrujących adipocyty w krew oraz syntetyczny peptyd, który uruchamia śmierć komórkową. Po ustaniu dopływu krwi komórki tłuszczowe są metabolizowane. W ramach wcześniejszych badań przedklinicznych otyłe myszy, którym podawano Adipotide, straciły ok. 30% masy ciała. Lek oddziałuje na białą (podskórną) tkankę tłuszczową. Większość leków na otyłość przepada podczas prób przejścia od gryzoni do naczelnych. Wszystkie gryzoniowe modele otyłości są wadliwe, ponieważ zwierzęta te mają odmienny metabolizm, a ośrodkowy układ nerwowy zupełnie inaczej reguluje apetyt i sytość niż OUN naczelnych, w tym ludzi. Z tego powodu znaczący spadek wagi u rezusów jest bardzo zachęcający. Badane małpy były spontanicznie otyłe. Nie przeprowadzano żadnych specjalnych zabiegów, np. modyfikacji genetycznych, by się takie stały. Zwierzęta te unikały aktywności fizycznej, zjadając jednocześnie więcej pokarmu przeznaczonego dla całej kolonii. Okazało się, że u małp zażywających Adipotide zmniejszała się insulinooporność (po leczeniu do osiągnięcia prawidłowej gospodarki węglowodanowej organizm wykorzystywał o ok. 50% mniej insuliny). Zmniejszyło się ogólne otłuszczenie ciała oraz otłuszczenie brzucha. Waga, BMI i obwód pasa spadały przez 3 tygodnie od zakończenia terapii, by zacząć na powrót wolno rosnąć dopiero w 4. tyg. Gdy w osobnym studium lek podawano szczupłym zwierzętom, nie nastąpił spadek wagi. Sugeruje to, że wpływ leku występuje wybiórczo u osobników z nadwagą/otyłością. Małpy biorące udział w obu studiach zachowały bystrość umysłu i wchodziły w kontakt z opiekunami. Nie wykazywały objawów mdłości ani nie unikały jedzenia. Główne efekty uboczne dotyczyły działania nerek. Skutki zależały od dawki, były przewidywalne i odwracalne. Pasqualini, dr Wadih Arap i zespół przygotowują się do testu klinicznego, w ramach którego otyłym pacjentom z rakiem prostaty przez kolejne 28 dni podawano by zastrzyki z eksperymentalnego leku. Naukowcy chcą sprawdzić, czy stan zdrowia mężczyzn się poprawi. Niektóre terapie raka gruczołu krokowego prowadzą bowiem do przyrostu wagi, a nadwaga bądź otyłość do zapalenia stawów. To w dalszy sposób ogranicza aktywność, waga rośnie i błędne koło się zamyka. Dodatkowo komórki tłuszczowe wydzielają hormony wzrostu, które zostają skrzętnie wykorzystane przez komórki rakowe.

Chudnąc, możemy poprawić stan naszych dziąseł. Artykuł na ten temat ukazał się w najnowszym numerze Journal of Periodontology. Naukowcy ze Szkoły Stomatologii Case Western Reserve University przeprowadzili pilotażowe studium, w którym wzięło udział 31 otyłych osób z chorobami przyzębia. Połowa ochotników (średnie BMI wynosiło tu 39) przeszła operację wytworzenia ominięcia żołądkowego oraz liposukcję. Po jakimś czasie stan dziąseł był w tej grupie lepszy niż u reszty badanych z średnim BMI równym 35, u których nie przeprowadzono żadnego z wymienionych zabiegów. Wszystkim badanym zdjęto kamień nazębny. Udzielono też wskazówek dotyczących higieny jamy ustnej. Po tzw. bypassie żołądkowym u większości przedstawicieli grupy eksperymentalnej nastąpił spadek poziomu glukozy. Jeśli chodzi o stan przyzębia, poprawę zaobserwowano w obu grupach. Oceniano, m.in.: przyleganie dziąseł, stopień rozbudowania płytki nazębnej, występowanie krwawienia oraz głębokość szczeliny dziąsłowej (ang. probing depth, PD), czyli odległość od krawędzi dziąsła do dna szczeliny dziąsłowej. Nabil Bissada podkreśla, że przewlekły stan zapalny dziąseł może prowadzić do zaniku kości wyrostka zębodołowego i wypadania zębów. Poza tym szkodliwe bakterie dostają się niekiedy do krwioobiegu, prowadząc do przedwczesnych porodów, obumarcia płodu, chorób serca, cukrzycy i zapalenia stawów. Czemu operacja bariatryczna wywołała tak korzystny efekt? Amerykanie mają na ten temat dwie teorie. Zgodnie z pierwszą, nadmiar komórek tłuszczowych (adipocytów) wytwarza duże ilości cytokin, np. interleukiny-6 i czynnika martwicy guza, co prowadzi do insulinooporności. Poziom glukozy we krwi staje się za wysoki (hiperglikemia), a tego typu stany sprzyjają przewlekłym chorobom dziąseł. Nic więc dziwnego, że zrzucenie zbędnych kilogramów zdziałało aż takie cuda. Druga teoria odnosi się do leptyny - hormonu wytwarzanego głównie przez białą tkankę tłuszczową - a konkretnie do jej związków ze stanem zapalnym. Leptyna nasila bowiem produkcję cytokin i białka C-reaktywnego. Po operacji poziom leptyny spadał, co także mogło doprowadzić do szeregu korzystnych zmian.

Do wielu opisanych wcześniej można dołączyć kolejny powód, dla którego warto ćwiczyć. Aktywność fizyczna sprawia, że mezenchymalne komórki macierzyste (ang. mesenchymal stem cells, MSC) szpiku z większym prawdopodobieństwem przekształcają się w komórki tworzące kości (osteoblasty) niż komórki tłuszczowe (adipocyty). W eksperymentach zespołu Gianniego Parise'a z McMaster University myszy ćwiczyły na bieżni. W ten sposób udało się wykazać, że ćwiczenia aerobowe powodują, że występujące w szpiku kostnym MSC częściej stają się komórkami tkanki kostnej niż tłuszczowej. Zwierzęta biegały mniej niż przez godzinę trzy razy w tygodniu, ale miało to znaczący wpływ na produkcję elementów morfotycznych krwi, np. erytrocytów czy leukocytów, w czerwonym szpiku kostnym. U myszy nieaktywnych fizycznie komórki macierzyste dawały początek głównie adipocytom, upośledzając produkcję komórek krwi. Interesujące jest to, że program umiarkowanych ćwiczeń był w stanie znacząco zwiększyć liczbę komórek krwi w szpiku i krwiobiegu – podkreśla Parise. Jak widać, procentowy skład komórek zawieszonych w oczkach tkanki siateczkowatej szpiku oddziałuje na produktywność komórek macierzystych krwi. Komórki kości stwarzają dobre warunki do wytwarzania elementów morfotycznych, ale jeśli jamę szpikową zaczyna wypełniać tłuszcz, co stanowi powszechny objaw siedzącego trybu życia, komórki macierzyste krwi stają się mniej produktywne. Wskutek tego może się rozwijać np. niedokrwistość. Niektóre z efektów ćwiczeń są porównywalne z interwencją farmakologiczną. Aktywność fizyczna może wpływać na biologię komórek macierzystych, określając prawdopodobieństwo różnych ścieżek różnicowania. Niewykluczone więc, że w przyszłości pewne choroby hematologiczne będzie można leczyć ruchem…

Prof. Deepak Nagrath z Rice University poszukiwał nowych sposobów hodowli komórek na wzmacniających rusztowaniach. Adipocyty – komórki tłuszczowe – ciągle wydzielały jednak lepką substancję, którą uznawał za zanieczyszczenie i uparcie wyrzucał. Tymczasem okazało się, że coś, co wg niego, wyglądało jak odpad, było tym, czego potrzebował... Lepka substancja (zewnątrzkomórkowa macierz) wspaniale nadawała się na naturalne rusztowanie. Od czasu odkrycia Nagrath i jego współpracownicy bardzo rozwinęli nową metodę. Naukowcy uważają, że po wypełnieniu komórkami macierzystymi materiał ich pomysłu będzie można umieszczać w organizmie pacjenta. Bez ryzyka odrzucenia dokona on tam naprawy każdego rodzaju tkanki. Podstawowa idea jest bardzo prosta – skłonić komórki tłuszczowe do syntezy błony podstawnej (łac. membrana basalis), która będzie naśladować to, co dzieje się podczas naturalnego wzrostu tkanki, czyli zapewni swego rodzaju ramę. Do niej, formując spójną sieć, przytwierdzą się komórki. Gdy dojrzeją, przekształcając się w żądaną tkankę, wydzielą inną substancję, która zniszczy rusztowanie. Przez lata najczęściej używanym podłożem wzrostowym była macierz zewnątrzkomórkowa pochodząca z guzów myszy (tzw. Matrigel). Ze względu na to nie nadawała się jednak do wstrzykiwania pacjentom. Tłuszcz jest natomiast jedyną nadmiarową rzeczą w ciele. Zawsze możemy go stracić. Substancja pozyskiwania z wydzieliny komórek tłuszczowych (Adipogel) pozwala na wzrost hepatocytów – komórek wątroby wykorzystywanych często podczas testów farmaceutycznych. Nagrath tłumaczy, że Adipogel przypomina miód i zawiera czynniki wzrostu, cytokiny i hormony oryginalnej tkanki. Inni naukowcy z Rice University, których artykuł ukazał się w zeszłym tygodniu w piśmie Nature Nanotechnology, zaproponowali, by do uzyskania trójwymiarowych kultur komórkowych wykorzystać lewitację magnetyczną. Mimo to prof. Nagrath jest nadal przekonany, że Adipogel stanowi najpraktyczniejszą formę odtwarzania tkanek w warunkach in vivo.

Jak odkryć, skąd się bierze tkanka tłuszczowa? Zaczyna się od bardzo chudej myszy, a następnie wszczepia się jej kolejno różne typy komórek podejrzewanych o powodowanie rozwoju tej tkanki. Mozolna, lecz skuteczna metoda pozwoliła amerykańskim badaczom na rozwiązanie tej zagadki. Autorami odkrycia są naukowcy z Howard Hughes Medical Institute oraz Rockefeller University. Zespół, prowadzony przez dr. Jeffreya Friedmana, odkrył tzw. komórki progenitorowe białych komórek tłuszczowych. Są one nieco podobne do komórek macierzystych, lecz, w przeciwieństwie do nich, mogą rozwijać się wyłącznie w kierunku pojedynczego typu dojrzałych komórek. Można więc powiedzieć, że są nieaktywne, lecz cały czas gotowe, by w odpowiedniej chwili podzielić się na dwie komórki, z których jedna wejdzie w skład dojrzałej tkanki tłuszczowej, zaś druga pozostanie komórką progenitorową i przejdzie w stan uśpienia aż do kolejnego momentu, kiedy potrzebny będzie kolejny jej podział. Identyfikacja komórek progenitorowych białych komórek tłuszczowych dostarcza nam środków pozwalających na identyfikację czynników regulujących podziały oraz nabieranie funkcji przez komórki tłuszczowe, tłumaczy dr Friedman. Odkrycie może mieć niebagatelne znaczenie dla całej służby zdrowia walczącej nieustannie z pandemią otyłości. Powstawanie tkanki tłuszczowej było dotychczas niejasne. Typowe komórki tłuszczowe, czyli adipocyty, są dojrzałymi komórkami pozbawionymi zdolności do podziału. Oznacza to, że nie mogą one prowadzić do wzrostu liczebności komórek wchodzących w skład tkanki. Przełom nastapił w momencie, gdy zastosowano technikę zwaną sortowaniem komórek aktywowanym przez fluorescencję (ang. fluorescence-activated cell sorting - FACS). Technika ta pozwala na odróżnienie poszczególnych typów komórek ze względu na cząsteczki występujące na ich powierzchni. Wykorzystuje się w tym celu przeciwciała - białka zdolne do wybiórczego wiązania określonych molekuł. Jeśli przeciwciało wyznakuje się odpowiednim barwnikiem, wówczas aparat do wykonywania FACS odróżnia komórki posiadające daną cząsteczkę na swojej powierzchni i oddziela je od pozostałych. Dzięki zastosowaniu tej techniki wyizolowano dwie populacje komórek, które mogły dawać początek tkance tłuszczowej. Aby potwierdzić fizjologiczną rolę odkrytych komórek, wszczepiono je zmodyfikowanym genetycznie myszom, które nie posiadały tkanki tłuszczowej. Eksperyment pozwolił na stwierdzenie, że tylko jedna z grup, której komórki posiadają na swojej powierzchni białko CD24, powoduje wspomniany efekt. Ich odkrycie nie było jednak proste, gdyż u myszy niemodyfikowanych komórki te stanowią zaledwie 0,08% wszystkich komórek budujących tkankę tłuszczową. W celu analizy rozwoju tkanki tłuszczowej badacze wykonali kolejną modyfikację genetyczną myszy. Stworzyli oni specjalną konstrukcję genową, która umożliwiła produkcję lucyferazy - enzymu niewystepującego naturalnie u ssaków, mającego zdolność bioluminescencji (świecenia) po dodaniu odpowiedniego składnika, zwanego lucyferyną. Enzym był jednak produkowany wyłącznie wtedy, gdy komórka otrzymywała sygnał do produkcji leptyny - hormonu wytwarzanego naturalnie wyłącznie w tkance tłuszczowej. Modyfikacja taka pozwalała na obserwację świecenia wyłącznie wtedy, gdy w organizmie zwierzęcia powstawały nowe komórki tłuszczowe. Współpracujący z Friedmanem badacz, dr Matt Rodeheffer, główny autor publikacji, wszczepił myszom pozbawionym tkanki tłuszczowej komórki wzbogacone o gen kodujący lucyferazę. Zaobserwowany wzrost świecenia świadczył o tym, że doszło w tym miejscu do rozwoju dojrzałych adipocytów. Co więcej, zabieg wpływał także na kondycję zwierząt, pozwalał bowiem na zwalczenie objawów cukrzycy związanej z całkowitym brakiem tkanki tłuszczowej. Zaobserwowano także wzmożoną syntezę związków charakterystycznych dla komórek tłuszczowych, co dodatkowo potwierdza rolę komórek produkujących CD24 w opisywanym procesie. To odkrycie pozwala nam lepiej zrozumieć podstawowe procesy biologiczne zachodzące w tkance tłuszczowej i umożliwia nam oraz innym badaczom analizę tych komórek w organizmach żywych zwierząt. Pozwala to także na ustalenie czynników molekularnych odpowiedzialnych za formowanie tkanki tłuszczowej, tlumaczy dr Rodeheffer. Potencjalnie możemy badać, w jaki sposób wzrost i nabieranie funkcji przez te komórki jest regulowane w przebiegu otyłości, a także określić, czy procesy na poziomie molekularnym są związane z regulacją [funkcjonowania] tkanki tłuszczowej oraz rozwojem różnych patologii, takich jak cukrzyca, choroby sercowo-naczyniowe, które są związane z otyłością i syndromem metabolicznym.