Cukrzyca typu 2 i ryzyko złamań kości
Zaawansowany wiek, niska masa ciała, predyspozycje genetyczne, palenie tytoniu i nadmierne spożywanie alkoholu – to dobrze znane czynniki ryzyka złamań kości. Jednym z czynników, który może być mniej znany, jest cukrzyca typu 2 (T2D). „Wiemy, że cukrzyca typu 2 jest niezależnym czynnikiem ryzyka złamań kości, nawet u pacjentów z prawidłową lub wyższą gęstością mineralną kości”, mówi Ted Vaughan, profesor inżynierii biomedycznej na Uniwersytecie w Galway(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „Nie wiemy jednak, dlaczego tak się dzieje”. Odpowiedzi na to pytanie poszukuje zespół finansowanego ze środków UE projektu MULT2D. „Celem projektu MULT2D jest odkrycie biologicznych i mechanicznych zmian w kościach związanych z T2D oraz opracowanie modeli przewidywania, w jaki sposób zmiany te zwiększają ryzyko złamań”, dodaje Vaughan, którego grupa badawcza kieruje realizacją projektu.
Jak cukrzyca zmienia jakość kości
Projekt, który otrzymał wsparcie ze strony Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie), połączył badania eksperymentalne z wykorzystaniem tkanki kostnej zwierząt oraz ludzi chorych na cukrzycę z zaawansowanym modelowaniem obliczeniowym. „To interdyscyplinarne podejście pozwoliło nam określić, w jaki sposób cukrzyca wpływa na jakość kości na poziomie molekularnym, mikrostrukturalnym i tkankowym”, wyjaśnia Vaughan. „Przyniosło nam to również solidne dowody na to, dlaczego pacjenci cierpiący na T2D są bardziej podatni na złamania i jak można lepiej ocenić i zmniejszyć to ryzyko”. Jednym z odkryć jest znacząca rola, jaką zmieniona produkcja minerałów i opóźnione dojrzewanie macierzy kostnej odgrywają w obniżaniu jakości kości. „Odkrycie to podważa tradycyjne myślenie i zmienia kierunek przyszłych badań i strategii klinicznych, tak by objąć biologiczne mechanizmy regulujące obrót kostny i mineralizację”, zauważa Vaughan. Inne kluczowe ustalenia obejmują identyfikację białek niekolagenowych jako głównych czynników rozpraszających energię odgrywających rolę w odporności na złamania kości oraz to, że zmiany w kościach związane z T2D niekoniecznie zmniejszają ich właściwości mechaniczne.
Przewidywanie ryzyka złamań kości
Jednak realizacja projektu MULT2D nie tylko zaowocowała nowymi spostrzeżeniami, ale także opracowaniem narzędzi predykcyjnych do dokładnej oceny ryzyka złamań kości. Przykładem jest innowacyjny gruboziarnisty model dynamiki molekularnej, który może być wykorzystany do analizy szeregu ważnych wskaźników, takich jak mineralizacja zewnątrz- i wewnątrzfibrylarna. Z kolei inne narzędzie wykorzystuje zaawansowane modele elementów skończonych i nowe algorytmy umożliwiające analizę architektury istoty gąbczastej – również istotnego wskaźnika na potrzeby przewidywania prawdopodobieństwa złamania. „Narzędzia te mają szczególnie istotne znaczenie dla diabetyków i starzejących się populacji, jednocześnie otwierając nowe możliwości dla badań, diagnostyki i leczenia”, podkreśla Vaughan. Praca nad projektem została doceniona przez krajowe i międzynarodowe instytucje, czego potwierdzeniem jest przyznanie kilku nagród, w tym Engineers Ireland Medal i nagrody za najlepszą prezentację w dziedzinie biomechaniki na konferencji Europejskiego Towarzystwa Badań Ortopedycznych(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (European Orthopaedic Research Society). Wyniki projektu zostały również przedstawione na łamach czasopism, takich jak „Nanoscale”(odnośnik otworzy się w nowym oknie), „Scientific Reports”(odnośnik otworzy się w nowym oknie) i „Bone”(odnośnik otworzy się w nowym oknie).
Dalsze pytania dotyczące łamliwości kości w T2D
Chociaż realizacja projektu MULT2D przyczyniła się do lepszego zrozumienia łamliwości kości związanej z T2D, nadal nie wszystkie kwestie doczekały się rozstrzygnięcia. Przykładowe pytanie brzmi: Jakie mechanizmy komórkowe wpływają na obniżenie jakości kości i na czym dokładnie polegają zmienione procesy biomineralizacji obserwowane w kościach cukrzyków? Jak wyjaśnia Vaughan, są to złożone, wieloczynnikowe problemy, które będą wymagały zastosowania nowych podejść naukowych i strategii badawczych. Nie ukrywa, że sam również zamierza pomóc w znalezieniu odpowiedzi. „Szkolenia przeznaczone dla naukowców na wczesnym etapie kariery i stworzenie zrównoważonej, uznanej na arenie międzynarodowej grupy badawczej umożliwią oddziaływanie projektu MULT2D jeszcze długo po zakończeniu prac”, podsumowuje Vaughan. Grupa stara się obecnie o pozyskanie dalszych funduszy, które pozwolą szczegółowo zgłębić wspomniane wyżej kwestie.
