Nyckelmolekyl förklarar varför ben försvagas med åldern
En först-i-sin-studie visar att när vi åldras ökar nivåerna av en viss molekyl, vilket tystar en annan molekyl som skapar friska ben. Det antyder också att korrigering av denna obalans kan förbättra benhälsan och möjligen erbjuda nya vägar för behandling av osteoporos.
Osteoporos drabbar cirka 200 miljoner kvinnor över hela världen.
En av tre kvinnor och en av fem män i åldern 50 år och äldre tros uppleva en benfraktur under sin livstid som ett resultat av osteoporos.
I USA visar uppskattningar att 44 miljoner människor över 50 lever med tillståndet, vilket gör det till ett stort folkhälsoproblem.
Ny forskning för oss närmare förståelsen av processen som leder till bennedbrytning vid osteoporos och till potentiella nya sätt på vilka tillståndet kan hanteras.
Resultaten förklarar en viktig molekylär dynamik som redogör för den progressiva svagheten i våra ben när vi åldras.
Dr Sadanand Fulzele, en benbiolog som arbetar vid institutionen för ortopedisk kirurgi vid Augusta University i Georgia, är en motsvarande forskare och den sista författaren till den nya uppsatsen, som publicerades i Journal of Gerontology: Biological Sciences.
Zooma in på en liten molekylär synder
Dr Fulzele och kollegor förklarar processen för benbildning - som börjar med mesenkymala stamceller. Dessa är stamceller som finns i vår benmärg och som kan bildas som brosk, ben eller fettet i benmärgen.
En av de faktorer som påverkar vilken form dessa celler så småningom kommer att ta är en signalmolekyl som kallas stromalcell-härledd faktor (SDF-1).
Tidigare forskning från samma team hade visat hur viktigt SDF-1 är för differentieringen av mesenkymala stamceller till de olika cellerna som är avgörande för benhälsan.
Både in vitro- och in vivo-studier utförda av forskarna visade nyckelrollen för denna signalmolekyl för benbildning. SDF-1 är också viktigt för reparation av ben och skyddar benceller från oxidativ stress, vilket är obalansen mellan fria radikaler och antioxidanter i kroppen som så småningom leder till DNA-skador och sjukdomar.
Tidigare studier har också visat att SDF-1-nivåer minskar hos åldrande möss; så i den här studien ville Dr Fulzele och teamet förstå exakt hur molekylens nivåer regleras.
I en del av hans tidigare forskning hade Dr Fulzele visat att en liten molekyl som heter microRNA-141-3p hindrar C-vitamin, en viktig antioxidant, från att nå våra benceller.
Teamet visste redan att molekylen kan hindra mesenkymala stamceller från att differentieras till andra celler, liksom det faktum att microRNA-141-3p ökar med åldern. Så, antog Dr Fulzele och teamet att microRNA-141-3p sänker SDF-1, och att detta är ett av de viktigaste sätten på vilka denna lilla molekyl stoppar hälsosam benbildning.
Återställer normal benfunktion trots ålder
För att testa detta analyserade Dr Fulzele och kollegor mesenkymala celler från både människor och möss. I unga celler fann de att nivåerna av microRNA-141-3p var låga. Men i gamla celler hade halterna av denna molekyl tredubblats. Motsatsen var sant för SDF-1-nivåer.
Därefter injicerade forskarna mikroRNA-141-3p i mesenkymala stamceller som erhållits från vuxna i åldern 18–40, liksom från äldre 60–85 år som genomgått ortopedisk kirurgi.
Injicering av microRNA-141-3p gjorde att SDF-1-nivåerna sjönk och fick stamcellerna att göra mer fett istället för benceller. Med åldern, förklara forskarna, blir det lättare att göra fettceller snarare än benceller.
Teamet lade också till microRNA-141-3p till benceller, vilket förvärrade benfunktionen. Användning av en microRNA-141-3p-hämmare förbättrade dock benfunktionen.
Resultaten, förklarar Dr Fulzele, föreslår att en dag med hjälp av en mikroRNA-141-3p-hämmare kan hjälpa stamceller att fortsätta differentiera sig till benceller trots ålder och tillstånd som osteoporos.
Hämmaren, säger Dr. Fulzele, ”normaliserar benfunktionen. Vi tror att [en] hämmare av klinisk kvalitet kan hjälpa oss att göra detsamma hos människor. ”
"Om du är 20 år gammal och gör bra ben", tillägger han, "skulle du fortfarande ha microRNA-141-3p i dina mesenkymala stamceller. Men när du är 81 och gör svagare ben har du mycket mer av det. ”
"Du vill ha det på den där söta fläcken", förklarar co-motsvarande studieförfattare Dr. William D. Hill, en stamcellsforskare från Augusta University. Forskarna säger att de planerar att flytta sina resultat till prekliniska modeller, där de vill hitta sätt att återställa hälsosamma nivåer av microRNA-141-3p och SDF-1.
”Det vi försöker göra är att slå tillbaka det från där [microRNA-141-3p] överuttrycks på grund av faktorer som åldrande och oxidativ stress och undertryckande av östrogen, och föra det tillbaka till ett område som effektivt skulle möjliggöra mer normal benbildning. ”
Dr William D. Hill
"Vi har identifierat ett antal mikroRNA som förändras i benmärgsstamceller med åldrande och vi går efter var och en av dessa för att förstå hur de fungerar," tillägger Dr. Hill.
”Vi börjar ta mer av en biologisk systemstrategi, [där vi] inte bara byter en målmolekyl, utan tittar på hur detta nätverk av molekyler förändras med ålder eller sjukdom och hur vi kan nå in och [...] återställa dessa olika vägar. ”
