Współpraca z układem odpornościowym w celu udoskonalenia naprawy kości
Duże ubytki kostne to dziury w kościach, które mogą powstać po usunięciu guza, w wyniku infekcji lub urazu. Te puste przestrzenie są zbyt duże, aby organizm mógł je sam wyleczyć i wymagają interwencji medycznej. Obecne metody obejmują wprowadzanie biomateriału w celu promowania regeneracji kości. Jednak wiele materiałów tego typu jest wykrywanych przez układ odpornościowy organizmu i odrzucanych, co wywołuje stany zapalne. Może to tak naprawdę spowolnić gojenie zamiast wywoływać odpowiedź regeneracyjną. „Naukowcy tacy jak my starają się teraz pracować z układem odpornościowym, a nie przeciwko niemu” — mówi Cansu Gorgun, była stypendystka działania „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (MSCA) w Royal College of Surgeons w Irlandii(odnośnik otworzy się w nowym oknie), a obecnie pracownica naukowa na Uniwersytecie w Genui. „Poprzez to, co nazywamy immunoinżynierią, staramy się dostroić odpowiedź organizmu, aby środowisko stało się bardziej sprzyjające prawidłowej regeneracji tkanek” — dodaje. W ramach finansowanego przez MSCA projektu METABOLATE Gorgun i jej koledzy skupili się na pęcherzykach zewnątrzkomórkowych (EV), maleńkich cząstkach uwalnianych przez komórki w organizmie, które przenoszą sygnały komunikacji biologicznej. Celem Gorgun było opracowanie rusztowania zawierającego EV, które zmaksymalizowałoby naprawę kości. Chodziło o to, aby po przyłączeniu do biomateriałów EV mogły przenosić te wiadomości biologiczne do otaczających komórek w uszkodzonym obszarze kości i stymulować proces gojenia. „Wykazano już, że EV z komórek macierzystych wspomagają regenerację kości skuteczniej niż same komórki” — zauważa Gorgun. „Ale nikt nie przetestował tego przy użyciu EV pochodzących z ludzkich komórek odpornościowych, a właśnie to było celem naszego projektu”.
Przeprogramowanie makrofagów w celu promowania gojenia kości
Projekt METABOLATE skupia się na makrofagach, głównych komórkach odpornościowych zaangażowanych w gojenie się kości. Gdy kość jest uszkodzona, makrofagi najpierw przyjmują rolę prozapalną, aby usunąć zanieczyszczenia i zwalczać infekcję, a następnie przechodzą w stan przeciwzapalny, który wspiera naprawę tkanek i tworzenie nowych kości. Naukowcy zbadali, czy przemianą tą można kierować poprzez przeprogramowanie metabolizmu makrofagów za pomocą małych cząsteczek. Korzystając z tego podejścia, wygenerowali hybrydowe EV z sygnałami pro- i przeciwzapalnymi z przeprogramowanych makrofagów. Przetestowali też ich wpływ na ludzki szpik kostny i śródbłonkowe komórki macierzyste. Włączyli je do rusztowań kolagenowo-nanohydroksyapatytowych i przetestowali je w warunkach in vitro, a następnie — z pomocą partnera projektu — przeprowadzili dalsze analizy EV, aby zrozumieć, jakie sygnały molekularne przenoszą. „Wszystkie te prace zostały przeprowadzone w laboratorium i nie ma jeszcze badań klinicznych, ale wyniki są bardzo zachęcające” — dodaje Gorgun.
Otwarcie drogi do inżynierii układu odpornościowego
Kluczowym odkryciem projektu było to, że dla gojenia się kości nie ma „dobrego” lub „złego” fenotypu makrofagów. „W rzeczywistości potrzebujemy zarówno prozapalnych, jak i przeciwzapalnych makrofagów współpracujących ze sobą w celu skutecznej regeneracji” — wyjaśnia Gorgun. „Co najważniejsze, jest to pierwsze badanie pokazujące rolę ludzkich EV pochodzących z makrofagów w naprawie kości”. Zespół odkrył, że te EV wpływają na tworzenie nowych naczyń krwionośnych i tkanki kostnej. „Otwiera to nową drogę do inżynierii układu odpornościowego w celu wsparcia naprawy kości” — zauważa Gorgun.
Poprowadzeniu układu odpornościowym ku regeneracji kości
Naukowcy pracują obecnie nad biomateriałami, aby lepiej zrozumieć, jak zachowują się one na różnych etapach procesu gojenia, a także poprawić stabilność i trwałość rusztowań. „Wierzymy, że łącząc immunoinżynierię z EV, możemy zaprojektować inteligentniejsze implanty, które będą kierować układem odpornościowym w celu zwiększenia potencjału terapeutycznego regeneracji tkanek” — mówi Gorgun.
