El impacto de correr llega a la médula para estimular el crecimiento óseo en ratones
ARRIBA: Imágenes profundas de la médula ósea en el fémur de un ratón que muestran que las células que expresan osteolectina (rojo) están alrededor de las arteriolas (blanco) pero no de los sinusoides (verde), un tipo diferente de vaso sanguíneo en la médula ósea.CHILDRENS MEDICAL CENTER RESEARCH INSTITUTE AT UT SOUTHWESTERN
Las fuerzas mecánicas de correr y caminar que se transmiten a lo largo de los vasos sanguíneos en la médula inducen el crecimiento de hueso nuevo y células inmunitarias en ratones, informaron los científicos en Nature el 24 de febrero. El estudio es el primero en demostrar que las fuerzas mecánicas pueden influir en el crecimiento celular y la diferenciación en la médula ósea, según los autores, y proporciona una posible nueva explicación para cómo el ejercicio fortalece los huesos y el sistema inmunológico.
Es bien sabido que el envejecimiento debilita los huesos y correr puede ayudar a fortalecerlos. La forma en que se entiende que funciona es que se cree que las fuerzas mecánicas actúan sobre el hueso mismo. Y la médula ósea blanda dentro de sus huesos estará aislada de esas fuerzas mecánicas, dice Sean Morrison, director del Instituto de Investigación del Centro Médico Infantil de UT Southwestern y autor principal del nuevo estudio. Su último trabajo contradice la teoría del aislamiento y muestra que los vasos sanguíneos arteriolares que atraviesan la superficie ósea hasta la médula transmiten fuerzas mecánicas inducidas por el movimiento y, por lo tanto, estimulan la proliferación de precursores de células óseas e inmunitarias.
Siddaraju Boregowda, un biólogo de células madre del Instituto de Investigación Scripps que no participó en el trabajo, le dice a The Scientist en un correo electrónico que el estudio es elegante y que los investigadores desentrañaron la complejidad de cómo los factores ambientales tales como el ejercicio influye en el crecimiento celular en la médula ósea.
El último estudio une los puntos entre dos descubrimientos que el equipo de Morrison había realizado en los últimos años. El primero fue de una población de células que rodean los vasos sanguíneos que viajan a través del hueso hasta la médula ósea; inicialmente no estaba claro qué estaban haciendo estas células o cómo interactuaban con otras células. El otro descubrimiento fue un factor de crecimiento, al que llamaron osteolectina, que ayuda a mantener la masa ósea en ratones adultos al estimular la formación de células óseas en la médula.
Los investigadores no estaban seguros de cómo se producía la osteolectina, por lo que En el último estudio, Bo Shen, un postdoctorado en el laboratorio de Morrison, usó una etiqueta química para determinar qué células estaban produciendo el factor de crecimiento. Resultó que eran las células que habían descubierto previamente alrededor de los vasos sanguíneos arteriolares.
No creo que haya ningún nicho de células madre en ningún tejido de mamífero que hasta ahora haya demostrado estar regulado mecánicamente.
Sean Morrison, UT Southwestern
Sabiendo que los huesos se debilitan con la edad y que tanto correr como la osteolectina parecen protegerlos, Shen y su equipo se preguntaron si el factor de crecimiento era responsable del beneficio del ejercicio. Descubrieron que los ratones más viejos que corrían sobre una rueda producían más osteolectina y más células óseas nuevas en comparación con los ratones más viejos que no corrían. Además, los investigadores descubrieron que a medida que crecían las células óseas, secretaban factores de crecimiento que fomentaban la formación de células inmunitarias, lo que mejoraba la capacidad de los animales para combatir las infecciones bacterianas.
Para ver de qué se trataba el ejercicio que estimuló las células para producir el factor de crecimiento, el equipo modificó genéticamente ratones para que sus células productoras de osteolectina ya no produjeran un receptor, Piezo1, que se sabe que responde a fuerzas mecánicas como el impacto físico de correr. Con el receptor eliminado específicamente de esas células, las células óseas e inmunitarias ya no proliferaron en respuesta al ejercicio.
Lo más emocionante que encontramos fue que estas células alrededor de las arteriolas están reguladas mecánicamente, requieren estimulación mecánica en para ser mantenido, dice Morrison.
David Ferguson, un fisiólogo de la Universidad Estatal de Michigan que no participó en el estudio, llama al trabajo enorme, impresionante y realmente bien hecho. Dice que su propio laboratorio, que estudia los efectos del ejercicio sobre el crecimiento y el desarrollo en ratones, se beneficiará de los resultados. Los autores, agrega, nos proporcionaron un camino muy bueno para observar ciertos tipos de células y factores ambientales.
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Los resultados arrojaron luz sobre los llamados nichos de células madreambientes especializados en la médula ósea que están controlados por factores de crecimiento. Muy pocos de los nichos de la médula ósea han sido estudiados en profundidad. Morrison dice que se sorprendió al descubrir que las fuerzas mecánicas del ejercicio podrían desempeñar un papel en el mantenimiento de sus condiciones.
No creo que haya ningún nicho de células madre en ningún tejido de mamífero que hasta ahora haya demostrado estar regulado mecánicamente. , dice Morrison. Esto abre la pregunta más amplia de si la estimulación mecánica es necesaria con más frecuencia de lo que pensábamos [para regular los nichos].
B. Shen et al., Un nicho periarteriolar mecanosensible para la osteogénesis y la linfopoyesis, Naturaleza, doi:10.1038/s41586-021-03298-5, 2021.