Ludzka chrząstka na płytce laboratoryjnej
Kości w naszych stawach pokrywa gładka warstwa zwana chrząstką stawową, która ułatwia płynny ruch w stawach. Składa się ona głównie z bogatej w kolagen i glikozoaminoglikany zewnątrzkomórkowej macierzy, wytwarzanej przez wyspecjalizowane komórki zwane chondrocytami. Chrząstka stawowa nie może się sama zregenerować, ponieważ nie posiada naczyń krwionośnych ani nie jest unerwiona. Dlatego uszkodzenie lub związane z wiekiem zwyrodnienie mogą prowadzić do stanów zapalnych, bólu i sztywności, które ostatecznie mogą doprowadzić do choroby zwyrodnieniowej stawów.
Model in vitro chrząstki stawowej
Wczesne wdrożenie leczenia uszkodzeń chrząstki stawowej może spowolnić postęp choroby. Wciąż jednak nie dysponujemy wystarczająco skutecznymi metodami terapii, co jest związane z niedostateczną wiedzą na temat tego, w jaki sposób powstaje chrząstka stawowa u ludzi podczas rozwoju. Aby poradzić sobie z tym ograniczeniem, zespół projektu ReSurface opracował metody wytwarzania i badania chrząstki stawowej w laboratorium. Badanie przeprowadzono dzięki wsparciu otrzymanemu w ramach działania „Maria Skłodowska-Curie”, a obejmowało ono opracowanie modelu in vitro do analizy rozwoju chrząstki stawowej na wczesnym etapie życia człowieka. „Wcześniej biologia chrząstki była badana przy użyciu modeli zwierzęcych. Nasz model in vitro przesuwa dotychczasowe granice wiedzy na temat biologii chrząstki stawowej człowieka, co będzie miało istotny wpływ na badania dotyczące biologii rozwojowej i chorób chrząstki”, wyjaśnia Rosanne Raftery, stypendystka MSCA.
Od komórek macierzystych po chrząstkę
Badacze opracowali metodę wytwarzania stabilnej tkanki chrząstki stawowej na płytce laboratoryjnej za pomocą ludzkich pluripotencjalnych komórek macierzystych, (hPSC). Ten model umożliwił im bezprecedensowe badanie rozwoju chrząstki człowieka, co pozwoliło na głębsze zrozumienie tego, w jaki sposób komórki wytwarzają tkankę chrząstki i jak reagują na uszkodzenia lub starzenie się. W odróżnieniu od dojrzałych chondrocytów stawowych, które tracą zdolność do produkcji zdrowej chrząstki stawowej przy długotrwałym hodowaniu, chondrocyty stawowe pochodzące z hPSC są w stanie wielokrotnie wytwarzać zdrową chrząstkę stawową. Zachowują przy tym stabilność, w przeciwieństwie do komórek macierzystych pochodzących ze szpiku kostnego osób dorosłych, które często inicjują tworzenie kości zamiast chrząstki. Badacze przeprowadzili dogłębną analizę pluripotencjalnych komórek macierzystych (hPSC) podczas ich różnicowania w chondrocyty stawowe, kontynuując badania nad zachowaniem komórek w trakcie długoterminowych eksperymentów, skupiając się na utrzymaniu zdrowej chrząstki. Oprócz nowych spostrzeżeń dotyczących rozwoju chrząstki człowieka, to badanie doprowadziło do identyfikacji nowych celów leków, które mogą złagodzić postęp choroby zwyrodnieniowej stawów.
Regeneracja in situ uszkodzonej chrząstki
Chondrocyty stawowe osób dorosłych są stosowane w leczeniu uszkodzeń chrząstki, a komórki macierzyste osób dorosłych zostały wykorzystane w ponad 120 badaniach klinicznych dotyczących naprawy chrząstki. „Mamy nadzieję, że nasze chondrocyty stawowe pochodzące od pluripotencjalnych komórek macierzystych również będą mogły być wykorzystane w terapii komórkowej w przyszłości”, podkreśla Raftery. W tym celu zespół projektu opracował i zoptymalizował hydrożel na bazie kwasu hialuronowego do dostarczania chondrocytów stawowych pochodzących od pluripotencjalnych komórek macierzystych. Oprócz przenoszenia komórek, hydrożel może pomóc w dostarczaniu leków do miejsc uszkodzenia chrząstki stawowej w celu stymulowania regeneracji in situ chrząstki. Może to zatrzymać postęp choroby zwyrodnieniowej stawów bez konieczności przeprowadzania operacji wymiany stawu. Skuteczne leczenie uszkodzeń chrząstki stawowej ograniczy ból i cierpienie pacjentów, przynosząc oczywiste korzyści społeczno-ekonomiczne, takie jak zmniejszenie absencji w pracy i poprawa zdrowego i aktywnego starzenia się.
Słowa kluczowe
ReSurface, chrząstka stawowa, choroba zwyrodnieniowa stawów, rozwój, ludzkie pluripotencjalne komórki macierzyste, hPSCs, terapia komórkowa, hydrożel
