Czy minerały są kluczowe w leczeniu uszkodzonej tkanki?

Regeneracja tkanek odbywa się dzięki procesom molekularnym, które regulują ekspresję genów. Owa ekspresja genów służy kontrolowaniu odnowy, odbudowy i wzrostu tkanek. Jaką rolę w tym procesie odgrywają minerały?

Odkrycie, które przysłuży się nowym lekom

Współpraca naukowców z instytutów powiązanych z Uniwersytetem Texas A&M doprowadziła do zrozumienia kluczowej roli minerałów w regulowaniu ekspresji genów. Dojrzano szczegóły zachodzące w procesie, w którym występuje kontrolowanie liczby białek, wytwarzanych przez komórkę. Skutkiem tego jest zachęcanie tkanek do regeneracji.

Minerały to nieorganiczne elementy, które odgrywają wiele istotnych ról, współdziałając interaktywnie z witaminami, enzymami, hormonami i innymi składnikami odżywczymi. Regulują tysiące biologicznych funkcji organizmu. Mimo że wykazano, iż kilka minerałów reguluje ekspresję genów i aktywność komórkową, to stosunkowo niewiele prac koncentrowało się na zrozumieniu leżących u podstaw mechanizmów molekularnych.

Kostnienie śródchrzęstne

Grupa inżynierska została poprowadzona przez prof. Akhilesha Gaharwara. Badanie oparło się na metodzie wprowadzenia nowej klasy nanocząstek mineralnych, aby skierować ludzkie komórki macierzyste w stronę komórek kostnych. Nanocząstki znane są konkretnie jako nanokrzemiany. Dzięki nim zespół jest w stanie zrozumieć rolę minerałów w regulacji profili ekspresji genów, aby kierować różnicowaniem komórek macierzystych.

Nanokrzemiany, rozpadając się na poszczególne minerały wewnątrz komórek, uruchamiają zestaw kluczowych genów, które odpowiadają za przepływ informacji. Owy obieg określa się mianem szlaków sygnałowych. Szlaki te instruują komórki, aby przejęły określone funkcje, takie jak przekształcanie się w inny typ komórek lub rozpoczynanie procesu gojenia poprzez wydzielanie białek specyficznych tkankowo, znanych jako macierz zewnątrzkomórkowa. Te macierze z kolei składają się z różnych białek – w tym glikoprotein i proteoglikanów – które ułatwiają gojenie tkanek i wspierają ich funkcje.

Naukowcy dokonali połączenia metod w ramach badań interdyscyplinarnych – inżynierii biomedycznej i genomiki.  Dzięki temu zrozumieli i są w stanie opisywać istotne geny, które w ramach leczenia minerałami uruchamiają się różnymi ścieżkami sygnałowymi. Jednym z głównych odkryć tych studiów jest to, że minerały – typu krzem, magnez i lit – biorą udział w wywoływaniu kostnienia śródchrzęstnego. Proces ten polega na tym, że komórki macierzyste są przekształcane w miękkie i twarde tkanki, takie jak chrząstki i kości u młodych ludzi.

Sukces interdyscyplinarnej metody

Podczas studiów poddano analizie dane z całego sekwencjonowania RNA-seq (transkryptomicznego), aby ocenić wpływ nanokrzemianów i produktów rozpuszczania jonów na profile ekspresji genów komórek macierzystych. Sekwencjonowanie RNA-seq – tj. test o wysokiej przepustowości obejmujący cały transkryptom – zapewnia miarodajny i całościowy przegląd profili ekspresji genów, aby rozpoznać szlaki zaburzone przez określone leczenie.

Doktorantka Anna Brokesh, współautorka publikacji, podkreśla znaczenie poczynionych ustaleń, gdyż pytanie: jak minerały wpływają na ludzkie ciało, zajmowało wielu badaczy. Niemniej na poziomie komórkowym występowały ograniczenia w dowodzeniu twierdzeń. Dlatego nowe badanie zespołu naukowego jest jednym z pierwszych takich, w których wykorzystano bezstronne sekwencjonowanie całego transkryptomu, aby określić stan faktycznego tego, jak jony mineralne mogą kierować losem komórek macierzystych.

Według przewidywań prof. Gaharwara wpływ publikacji będzie dalekosiężny, ponieważ zrozumienie działania minerałów w stosunku do osiągania pożądanej regulacji aktywności komórkowej ma duży potencjał. Może bowiem otworzyć nowe możliwości w rozwoju terapii medycyny regeneracyjnej, dostarczaniu leków oraz stymulacji systemu immunologicznego.