Znajdź zawartość

Szpik kostny jest najważniejszym narządem krwiotwórczym w naszym organizmie. Jednak z wiekiem jego zdolność do produkcji zdrowych komórek krwi znacząco spada, co prowadzi do stanów zapalnych i chorób. Naukowcy z Instytutu Biomedycyny Molekularnej im. Maxa Plancka w Münster wykazali właśnie, że szpik w kościach czaszki jest wyjątkowy i z wiekiem... zwiększa produkcję krwi. A wyspecjalizowane naczynia krwionośne w szpiku kostnym czaszki wciąż rosną, napędzając produkcję krwinek. W szpiku powstają komórki macierzyste hemopoezy (HSC), z których powstają komórki krwi i układu odpornościowego. Z wiekiem produkcja HSC zostaje zaburzona, powstaje coraz więcej komórek układu odpornościowego, spada ich jakość. W większości organów dochodzi do zmniejszenia sieci naczyń krwionośnych i pogorszenia ich funkcjonowania. Ważnymi oznakami starzenia się szpiku kostnego są też akumulacja tłuszczu, utrata masy kostnej, stany zapalne, pojawia się coraz więcej komórek mieloidalnych kosztem limfocytów. Większość kości zawiera szpik, ale kości długie, takie jak kości ramion czy nóg oraz kości płaskie, jak kości czaszki, powstają w odmiennym procesie niż reszta kości. Naukowcy od dawna wykorzystują czaszki myszy – są one cienkie i niemal przezroczyste – do obserwowania aktywności komórek HSC. Zakładają przy tym, że mikrośrodowisko szpiku kostnego we wszystkich kościach jest takie same. Naukowcy z Instytutu Maxa Plancka postanowili rzucić wyzwanie temu przekonaniu. Zadali sobie pytanie, czy jest ono prawdziwe i odkryli, że szpik kostny w czaszce ma wyjątkowe właściwości, zwiększa produkcję komórek krwiotwórczych w czasie dorosłego życia i jest wyjątkowo odporny na oznaki starzenia się. Odkrycia dokonano za pomocą specjalnej techniki wizualizacji, która pozwoliła obserwować całą sieć naczyń krwionośnych i wszystkie komórki szpiku kostnego w sklepieniu czaszki. Za pomocą metody immunufluorescencji in vivo naukowcy mogli porównywać zmiany w szpiku kostnym sklepienia czaszki, jakie zachodziły podczas starzenia się zwierzęcia. Główny autor badań, Bong-Ihn Koh mówi, że jego zespół zauważył coś niespodziewanego gdy porównał czaszkę młodej dorosłej myszy z czaszką starej myszy w wieku 95 tygodni. W sklepieniu czaszki młodej dorosłej myszy jest niewiele szpiku i nie spodziewałem się, by jego ilość znacząco się zmieniła. Jednak gdy przyjrzałem się po raz pierwszy czaszkom starych myszy, ze zdumieniem zauważyłem, że kości sklepienia są całkowicie wypełnione szpikiem i pełne naczyń krwionośnych. Kolejne badania wykazały, że to ciągły wzrost sieci naczyń krwionośnych napędza zwiększanie się ilości szpiku przez całe życie. Zwiększanie się ilości szpiku kostnego w miarę starzenia się, było czymś zaskakującym, ale jeszcze bardziej zaskakujący był wzrost sieci naczyń krwionośnych, mówi uczony. To jednak nie wszystko. Okazało się bowiem, że komórki HSC powstające w kościach czaszki były wysoce odporne na starzenie się i były zaskakująco zdrowe. Oznaki starzenia się, jaki obserwowaliśmy w szpiku kości udowej myszy – jak akumulacja tłuszczu, stan zapalny, zwiększone wytwarzanie komórek odpornościowych – były niemal nieobecne w szpiku kości czaszki tej samej myszy, dodaje Koh. « powrót do artykułu

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…

Specjaliści z Królewskiego College'u Londyńskiego i Uniwersytetu w Osace zidentyfikowali specyficzne komórki szpiku, które mogą się przekształcać w komórki skóry, by naprawić uszkodzenia tkanki (Proceedings of the National Academy of Sciences). Głębsze zrozumienie procesów naprawczych skóry może, wg naukowców, zrewolucjonizować podejście do leczenia ran, w tym ran chronicznych, np. owrzodzeń nóg, oparzeń czy odleżyn. Rodzi to również nadzieję dla chorych z genetycznymi chorobami skóry, np. pęcherzowym oddzielaniem się naskórka. Już wcześniej podejrzewano, że szpik kostny może odgrywać pewną rolę w gojeniu ran skóry, ale dotąd nikt nie wiedział, jakie komórki szpiku biorą udział w tym procesie, co go uruchamia i jak kluczowe komórki trafiają do uszkodzonego rejonu skóry. Japońsko-brytyjski zespół prowadził eksperymenty na myszach. Porównywano zjawiska zachodzące przy gojeniu z wykorzystaniem przeszczepu skórnego oraz ran bez przeszczepionej skóry. Ustalono, że w tym drugim przypadku bardzo niewiele komórek szpiku przemieszczało się do rany, przez co w niewielkim stopniu przyczyniały się one do gojenia naskórkowego. Kiedy jednak gryzoniom przeszczepiono skórę, do przeszczepu przemieszczała się znacznie większa liczba specyficznych szpikopochodnych komórek. Ich zadanie polegało na przyspieszeniu gojenia i stworzeniu nowej skóry. Badacze wykazali, że ok. 1:450 komórek szpiku ma zdolność do przekształcenia się w komórki skóry i regeneracji skóry. Zwierzętom z pierwszej grupy przeszczepiano skórę pełnej grubości od myszy typu dzikiego. Poza tym przechodziły one transplantację szpiku kostnego od osobników z wszczepionym genem odpowiedzialnym za produkcję zielonego białka fluorescencyjnego (GFP). Co wyzwala cały ciąg zdarzeń? Uszkodzone komórki skóry wytwarzają sygnalizujące dystres białko HMGB1. Może ono mobilizować komórki ze szpiku i kierować je do miejsca, gdzie są potrzebne. We krwi myszy z przeszczepioną skórą jest więcej HMGB1. Zespół podkreśla, że w świetle uzyskanych wyników przeszczep jawi się nie tyle jako zwykłe pokrycie dla rany, ale raczej jako bioreaktor uruchamiający regenerację skóry.

Wiele wskazuje na to, że zaburzenia obsesyjno-kompulsywne są raczej wynikiem defektu układu odpornościowego niż mózgu. Sugeruje to, że pacjentom walczącym z chorobą upośledzającą ich życie pomogłaby zupełnie inna metoda terapii niż dotąd stosowane. Myszy regularnie pieczołowicie czyszczą swoją sierść. Naukowcy ustalili, że gryzonie z wadliwą wersją genu Hoxb8 robią to tak intensywnie, że na ciele tworzą się łyse plamy, a niekiedy i rany. Zachowanie zwierząt przypomina działania ludzi z trichotillomanią, którzy odczuwają przymus wyrywania włosów. Białko kodowane przez Hoxb8 bierze udział w rozwoju układu nerwowego, dlatego u myszy, które go nie mają, pojawiają się nieprawidłowości w obrębie rdzenia kręgowego czy w zdolnościach czuciowych, z wrażliwością na ból włącznie. Teoretycznie może to prowadzić do nadmiernego czyszczenia, choć genetyk molekularny Mario Capecchi ze Szkoły Medycznej University of Utah i zespół wykazali, że myszy z defektem obsesyjnie myją także swoich pobratymców. Sugerowałoby to, że problemem nie jest zaburzenie czuciowe, lecz coś o pochodzeniu mózgowym. Gdy Capecchi i zespół zaczęli w mózgu szukać komórek wytwarzających Hoxb8, sądzili, że będą to neurony kontrolujące zabiegi higieniczne. Okazało się jednak, że za produkcję odpowiadał mikroglej, czyli tkankowo specyficzne rezydentne makrofagi, które m.in. biorą udział w odpowiedzi immunologicznej. O ile część z nich powstaje w mózgu, o tyle reszta wywodzi się ze szpiku kostnego. Amerykanie ustalili, że w mózgach myszy z wadliwym genem Hoxb8 występuje o 15% mniej mikrogleju niż zwykle. Akademicy postanowili sprawdzić, czy nieprawidłowy mikroglej skłania gryzonie do nadmiernej dbałości o czystość, przeprowadzili więc przeszczep szpiku. Przenosząc szpik od myszy pozbawionych białka do organizmów zdrowych zwierząt, wyzwolili u nich przymus czyszczenia. Jeśli transplantacja miała odwrotny kierunek, tzn. 10 myszy z wadliwym genem otrzymało szpik od zdrowych gryzoni, intensywność oraz częstotliwość iskania i lizania się zmniejszała. W ciągu kilku miesięcy u 4 zwierząt nastąpiło pełne wyzdrowienie, a u pozostałych 6 wyrastały włosy i zabliźniały się rany. Badacze z Utah sądzą, że wynikające z braku genu Hoxb8 zakłócenia czuciowe nie wyzwalają nadmiernego czyszczenia. Kiedy usunięto go bowiem wyłącznie z komórek rdzenia, zwierzęta wykazywały co prawda zmniejszoną wrażliwość na ból, ale nie myły się zbyt intensywnie. Zupełnie inaczej działo się po wyeliminowaniu genu tylko ze stanowiących źródło mikrogleju komórek krwi. Wtedy nadmierne mycie się już pojawiało. Obecnie zespół sprawdza, czy u ludzi z trichotillomanią występują mutacje Hoxb8. Capecchi podkreśla, że nie zaleca przeszczepiania szpiku u ludzi z zaburzeniami psychicznymi. Wg niego, jest to niosący ze sobą ryzyko komplikacji, drogi zabieg, wykonywany wyłącznie przy zagrażających życiu chorobach, np. białaczce. Przynajmniej na razie lepiej pozostać przy tradycyjnej terapii behawioralnej i Prozacu.

Aktywność białka p53, zwanego niekiedy "strażnikiem genomu", była dotychczas uznawana za krytyczną linię obrony komórek przed transformacją nowotworową. Okazuje się jednak, że w pewnych okolicznościach ta sama proteina może znacznie zwiększać oporność komórek na chemioterapię. Opisywany proces jest ściśle związany ze zjawiskiem wyciszenia (ang. quiescence), charakteryzującym się niemal całkowitym zatrzymaniem podziałów komórek macierzystych oraz zmniejszeniem tempa ich metbolizmu. Jak pokazują najnowsze badania przeprowadzone przez badaczy ze szpitala Memorial Sloan-Kettering Cancer Center (MSKCC), zjawisko to pomaga komórkom macierzystym szpiku przeżyć pomimo stosowania znacznych dawek chemioterapii. "Wyciszone" komórki krwiotwórcze szpiku kostnego wytwarzały zadziwiająco wysoki poziom białka p53. Jest to zaskakujące, gdyż proteina ta była dotąd jednoznacznie kojarzona jako czynnik sprzyjający apoptozie, czyli obumieraniu komórek np. w odpowiedzi na uszkodzenia. Okazuje się jednak, że w tym wyjątkowym przypadku aktywność p53 powoduje, w obecności innych czynników, dokładnie przeciwny efekt - oporność zdrowych komórek macierzystych szpiku na agresywną farmakoterapię nowotworu. To pierwszy raz, kiedy ktokolwiek ustalił, iż p53 odgrywa rolę w ustanawianiu stanu wyciszenia komórek. Co więcej, zaskakujące jest, iż niektóre komórki, które utraciły p53, mogą w rzeczywistości być znacznie łatwiej zabite od tych, w których p53 funkcjonuje normalnie - opisuje wyniki badań ich główny autor, dr Stephen Nimer, szef Służby Hematologicznej w MSKCC. Zdaniem naukowca, dokonane odkrycie może być istotne przede wszystkim podczas prób wyeliminowania tzw. komórek macierzystych nowotworu. Ta słabo poznana grupa jest uważana za "dostawcę" nowych komórek nowotworowych dzięki swojej zdolności do intensywnych podziałów. Dr Nimer przypuszcza, że mogą one okresowo przechodzić w stan analogiczny do wyciszenia i w ten sposób ograniczać własną podatność na chemioterapię.

Kolumbijka Claudia Castillo jest pierwszą na świecie pacjentką, której podarowano tchawicę uzyskaną z komórek dawcy i tkanki wyhodowanej z jej własnych komórek macierzystych. Najpierw dodano je do fragmentu tchawicy dawcy, gdzie miały się namnażać, a potem w czerwcu całość zaimplantowano w ciele 30-latki (The Lancet). Wskutek przebytej gruźlicy u Castillo po lewej stronie doszło do uszkodzenia miejsca, gdzie tchawica przechodzi oskrzela. Pacjentka z trudem oddychała, dlatego w marcu podjęto decyzję o rekonstrukcji. Hiszpańscy lekarze pobrali od dawcy 7-centymetrowy fragment tchawicy. Potem do akcji wkroczyli naukowcy z Uniwersytetu w Padwie, którzy za pomocą enzymów oczyścili go z komórek zmarłego, uzyskując czyste rusztowanie z tkanki łącznej. To właśnie na chrząstce bristolczycy umieścili cienką warstewkę komórek macierzystych, pobranych uprzednio ze szpiku kostnego Kolumbijki. Całość umieszczono na 4 dni w bioreaktorze, który zbudowano na Politechnice Mediolańskiej. Końcową operację przeprowadzono w czerwcu w Barcelonie. Zespołem lekarzy kierował Paolo Macchiarini, który usunął zniszczoną tchawicę i zastąpił ją zrekonstruowaną tkanką. Po kilku miesiącach pacjentka czuje się dobrze. Nie ma objawów wskazujących na odrzucenie narządu. Tchawica jest drugim organem, który wyhodowano z komórek macierzystych poza organizmem chorego. Dwa lata temu Anthony Atalaat ze Szkoły Medycznej Wake Forest University zrekonstruował w ten sposób pęcherze moczowe u 7 dzieci.

Eksperymentalna metoda leczenia diabetyków daje nadzieję na wyleczenie osób cierpiących na cukrzycę typu 1. Technika, podczas której wykorzystywane są komórki szpiku kostnego pacjenta, uwolniła, przynajmniej czasowo, 14 z 15 osób od konieczności zażywania insuliny. Obecnie każdy z pacjentów nie bierze zastrzyków od średnio 18 miesięcy. Rekordzista nie musiał przyjmować insulny przez 3 lata. Cukrzyca typu 1. rozwija się najczęściej w dzieciństwie lub wczesnej młodości. Jej przyczyną jest nieprawidłowe działanie systemu odpornościowego, który atakuje komórki trzustki odpowiedzialne za produkcję insuliny. Bez niej poziom cukrów w krwi chorego gwałtownie rośnie i pacjenci muszą przyjmować insulinę. Uczeni spekulowali więc, że całkowita przebudowa systemu odpornościowego może doprowadzić do sytuacji, w której komórki trzustki nie będą atakowane. Julio Voltarelli z Universidade de São Paulo w Brazylii znalazł 15 ochotników w wieku 14-31 lat, u których zdiagnozowano cukrzycę typu 1. Osoby te miały zniszczone od 60 do 80 procent komórek produkujących insulinę i wszystkie musiały przyjmować ją w formie zastrzyków. Pacjentom pobrano komórki macierzyste szpiku kostnego, a następnie podano im leki, np. Cytotoxan , które zniszczyły ich komórki odpornościowe. Pacjenci byli wówczas narażeni na infekcje, dlatego też podawano im antybiotyki i trzymano w izolatkach. Po dwóch tygodniach pacjentom przez żyłę szyjną wstrzyknięto wcześniej pobrane ich własne komórki macierzyste do krwi. Pozwoliło to ich organizmom na odbudowę systemu immunologicznego. Przez cały okres leczenia pacjentom pobierano próbki krwi, by zbadać, jak wiele insuliny należy im podawać. W ciągu kilku dni po wstrzyknięciu komórek macierzystych 12 z 15 pacjentów nie musiało już przyjmować insuliny. U jednego z pacjentów nastąpił nawrót cukrzycy i musiał on przyjmować insulinę przez rok. Później okazało się, że nie musi jej przyjmować i przez 5 miesięcy nie trzeba było mu jej podawać. Z pozostałych dwóch pacjentów jeden został uwolniony od insuliny na rok, a drugi w ogóle nie odpowiedział na leczenie. Pacjenci, którzy pozytywnie odpowiedzieli na terapię nie musza przyjmować insuliny średnio od 18 miesięcy. Jeden z nich nie bierze jej już od 35 miesięcy. Być może zostali wyleczeni na zawsze. Tego jeszcze nie wiemy – mówi Voltarelli. Obecnie nie wiadomo, dlaczego terapia nie poskutkowała o wszystkich. Może ma to podłoże genetyczne, a może zależy od siły wcześniejszych ataków systemu odpornościowego – spekuluje uczony. W czasie terapii u jednego z pacjentów wystąpiło zapalenie płuc spowodowane celowym zniszczeniem układu odpornościowego. U dwóch innych zanotowano kolejne komplikacje, wśród których znalazła się wczesna menopauza i zaburzenia funkcjonowania tarczycy, ale nie jest pewne, czy zostały one spowodowane przeszczepem komórek macierzystych, czy też mają inne podłoże. Jay Skyler, szef Instytutu Badań nad Cukrzycą University of Miami studzi zapał. Mówi, że brazylijscy uczeni nie wyodrębnili grupy kontrolnej, która leczona byłaby w tradycyjny sposób. Przypomina też, że u niektórych ludzi wkrótce po zdiagnozowaniu cukrzycy typu 1. dochodzi do czasowego zwiększenia się produkcji insuliny i z takim przypadkiem możemy mieć tu do czynienia. Ponadto zauważa, że nie wiadomo, w jaki sposób u brazylijskich pacjentów doszło do zwiększenia produkcji insuliny. Przyznaje jednak, że badania te dały pewne potencjalnie obiecujące wyniki. Czytaj również: Cukrzyca