Co sprawia, że kości są mocne i zdrowe?
Tak jak nie można wznieść okazałego budynku na słabych fundamentach, tak nie można mieć zdrowego ciała bez mocnych kości. Na szczęście, dzięki procesowi zwanemu mineralizacją nasze kości posiadają sporą zdolność do utrzymywania dobrej kondycji. „Mineralizacja kości przyczynia się do tworzenia wytrzymałych i sztywnych struktur, natomiast w przypadku gdy proces ten zachodzi w sposób nieprawidłowy, może dojść do sytuacji odwrotnej”, twierdzi Suwimon Boonrungsiman, badaczka naukowa z King's College London. Gdzie więc przebiega granica między prawidłową a nieprawidłową mineralizacją kości? Badaczka postanowiła znaleźć odpowiedź na to pytanie, korzystając ze wsparcia projektu BoneImaging, finansowanego ze środków Unii Europejskiej. Realizację projektu umożliwiło wsparcie w ramach działań „Maria Skłodowska-Curie”.
Nowy proces preparowania próbek
Według Boonrungsiman mechanizm, za pomocą którego regulowany jest proces mineralizacji zarówno w zdrowych, jak i dotkniętych patologicznymi zmianami kościach, nie został jeszcze dobrze poznany. „Gdyby udało nam się rozwiązać zagadkę tego złożonego mechanizmu i zidentyfikować proces, który prowadzi do powstania stanów patologicznych, moglibyśmy otworzyć drogę do opracowania metod terapeutycznych przywracających funkcje kości”, dodaje. Wyzwanie polega na tym, że tradycyjne sposoby preparowania próbek mogą zmniejszać stopień krystaliczności minerałów, co potencjalnie prowadzi do wyciągania błędnych wniosków z analizy. Aby uniknąć tego ryzyka, naukowcy opracowali proces przygotowania próbek oparty na mikroskopii elektronowej – metodzie obrazowania wykorzystującej wiązkę elektronów do powiększenia obrazu badanego obiektu. Pozwala to nie tylko na badanie próbek zwapniałych struktur, ale co ważniejsze, eliminuje ryzyko przypadkowego zanieczyszczenia próbki podczas preparowania. „Nasza metoda przygotowywania próbek pozwala na kompleksowe zbadanie całego procesu mineralizacji, od zarodkowania i transportu w komórkach kostnych do ich ostatecznego włączenia do macierzy kostnej”, wyjaśnia Boonrungsiman.
Bezpośrednie i różnicujące porównanie
Dzięki wykorzystaniu tej metody przygotowywania próbek projekt BoneImaging umożliwił śledzenie dwóch procesów mineralizacji regulowanych przez komórki. Pierwszy z nich zachodził wewnątrzkomórkowo, w mitochondriach i pęcherzykach, natomiast drugi – zewnątrzkomórkowo, czyli w pęcherzykach macierzy. „Nasza praca umożliwiła przegląd krok po kroku obu mechanizmów, dając możliwość dokonywania bezpośredniego i różnicującego porównania w oparciu o rozmiar i morfologie minerałów”, zauważa Boonrungsiman. W ramach projektu zbadano również mechanizm hipomineralizacji kości, dzięki czemu udało się zidentyfikować dwie zmiany w organellach związanych z mineralizacją. Ponieważ jednak organelle te współistnieją z prawidłowymi mechanizmami, konieczne są dalsze badania i analizy chemiczne w celu potwierdzenia tych zmian i ustalenia ich związku z zaobserwowanym fenotypem.
Szansa na przywrócenie funkcji kości
Dzięki dostarczeniu brakujących danych dotyczących procesu mineralizacji projekt BoneImaging poszerzył naszą wiedzę na temat czynników zapewniających zdrowie kości. „Określenie zmienionych mechanizmów w modelu z niedoborami genetycznymi może stanowić przyczynek do zrozumienia nieprawidłowych fenotypów, a także dostarczyć wstępnych danych na potrzeby przyszłych badań służących identyfikacji celów terapeutycznych, które umożliwią opracowanie metod przywracania funkcji kości”, dodaje na koniec Boonrungsiman. Prace w ramach projektu nie ograniczają się jednak wyłącznie do badania procesu mineralizacji kości. Opracowany przez uczonych proces preparowania i analizy próbek może być również stosowany do innych zwapniałych tkanek, w tym zwapnień o charakterze patologicznym.
Słowa kluczowe
BoneImaging, funkcja kości, kość, mineralizacja kości, mikroskopia elektronowa
