Cercetările dezvăluie mecanisme distincte, în funcție de sex, în regenerarea osoasă

Un grup internațional de cercetători a publicat un studiu amplu care aduce o contribuție majoră la înțelegerea proceselor de formare a țesutului osos folosind organoizi de calus derivați din celule periostale umane. Studiul a fost conceput pentru a explora, în profunzime, variabilitatea inter-individuală în capacitatea de diferențiere condrogenică și osteogenică, punând accent pe impactul sexului biologic asupra acestui proces complex.
Ingineria țesuturilor scheletice a avansat semnificativ în ultimele decenii, însă aplicarea clinică a implanturilor personalizate bazate pe celule întâmpină încă obstacole majore. Printre acestea se numără dificultățile de scalare a producției, lipsa unor controale de calitate robuste și imposibilitatea de a monitoriza în timp real, în mod non-invaziv, potențialul implanturilor.

Un punct central al cercetării publicate în Bone Research îl reprezintă recapitarea etapelor naturale de formare a oaselor prin strategii de „inginerie de dezvoltare”. Acestea se bazează pe formarea unui intermediar cartilaginos care trece ulterior prin mineralizare pentru a deveni os matur, proces inspirat de modul natural de vindecare a fracturilor prin osificare endocondrală.

Însă, până acum, înțelegerea influenței factorilor sistemici – cum ar fi sexul biologic, vârsta sau fundalul imunologic – asupra compoziției și transformării calusului a fost limitată, mai ales în contextul dezvoltării implanturilor destinate pacienților tineri cu fracturi complexe sau pseudoartroze.

Despre studiu

Obiective și metodologie

Studiul a avut ca obiectiv principal identificarea modului în care sexul biologic și variabilitatea inter-individuală influențează capacitatea organoizilor de calus de a se transforma din țesut cartilaginos în os matur. Cercetătorii au folosit celule progenitoare din periostul uman provenind de la 10 donatori sănătoși (5 bărbați și 5 femei, cu vârste între 16 și 29 de ani).

Acești pași principali au fost urmați în proces:

Celulele au fost cultivate în mediu specializat pentru a induce diferențierea condrogenică timp de 21 de zile.
Ulterior, 600 de organoizi individuali au fost asamblați în structuri macroscopice și implantați la șoareci pentru a evalua capacitatea de osificare.
Cercetătorii au folosit metode complexe de analiză, inclusiv microscopie avansată, transcriptomică și proteomică de înaltă precizie, pentru a caracteriza în detaliu procesul de diferențiere și factorii implicați.

Ipoteze de lucru

Cercetătorii au emis ipoteza că variabilitatea biologică între donatori, în special diferențele dintre sexe, poate influența decisiv caracteristicile organoizilor și eficiența procesului de osificare, impactând viitoarele aplicații clinice ale implanturilor personalizate.

Rezultate

Diferențe timpurii între donatori

Chiar din primele 7 zile de cultură, organoizii au demonstrat diferențe notabile:

Organoizii din celule de sex masculin au crescut rapid în dimensiune și au acumulat voluminosă matrice extracelulară cartilaginoasă, indicând un fenotip hipertrofic.
Organoizii din celule de sex feminin au rămas mai mici, cu o densitate celulară mai mare și o matrice mai slab dezvoltată, caracterizând un fenotip fibrocartilaginos.

Aceste observații au fost confirmate histologic, organoizii hipertrofici având celule mărite și marcatori de diferențiere avansată, în timp ce organoizii fibrocartilaginoși au prezentat morfologie fibroasă și o matrice mai puțin matură.

Profiluri genetice și moleculare distincte

Analizele de transcriptomică au arătat că, indiferent de fenotip, toți organoizii au activat căi de semnalizare condrogenică. Totuși:

Organoizii hipertrofici au prezentat expresie crescută a genelor implicate în hipertrofie și mineralizare, cum ar fi IHH, WNT4 și ALPL.
Organoizii fibrocartilaginoși au activat gene asociate cu degradarea matricei și au exprimat inhibitori ai căilor TGF-β/BMP, esențiali pentru diferențierea osteogenică.

De asemenea, ambele tipuri de organoizi au redus expresia markerilor de progenitor periostal, indicând o angajare clară spre căile de diferențiere specifice.

Biomarkeri secretați și secretomul organoizilor

Analiza detaliată a proteinelor secretate a identificat:

Un panou unic de 22 de proteine asociat organoizilor hipertrofici, incluzând IBSP și LOXL2, implicate în mineralizare și stabilizarea matricei.
Un panou distinct de 5 proteine secretate specific organoizilor fibrocartilaginoși, relevante pentru migrarea celulară și remodelarea matricei.

Mai mult, un set comun de 84 de proteine a fost identificat ca fiind specific diferențierii condrogenice, sugerând o cale promițătoare pentru dezvoltarea de teste non-invazive de control al calității implanturilor.

Capacitatea de osificare in vivo

După implantare, atât organoizii hipertrofici, cât și cei fibrocartilaginoși au format os ectopic cu componente de os cortical și trabecular, precum și măduvă osoasă activă. Totuși:

Organoizii hipertrofici au generat un volum mai mare de os de calitate superioară.
Organoizii fibrocartilaginoși au demonstrat o mineralizare moderată, dar constantă, confirmând capacitatea de osificare chiar și fără fenotip hipertrofic evident.

Analiza imunohistochimică a demonstrat o contribuție importantă a celulelor gazdei la formarea țesutului osos, însă organoizii hipertrofici au reținut mai multe celule umane în zonele de os trabecular, sugerând o participare mai activă la procesul de remodelare.

Concluzii

Studiul oferă dovezi solide că sexul biologic influențează profund capacitatea celulelor periostale de a forma organoizi eficienți pentru repararea osoasă, cu diferențe clare între organoizii derivați de la donatori bărbați și femei.

De asemenea, cercetarea a demonstrat că:

Formarea unui cartilaj hipertrofic nu este o condiție esențială pentru obținerea de os de calitate, dar îmbunătățește semnificativ eficiența procesului.
Setul comun de proteine secretate de organoizi oferă o bază robustă pentru dezvoltarea de biomarkeri non-invazivi care să permită monitorizarea calității și potențialului implanturilor.
Personalizarea protocoalelor de cultură, inclusiv posibila ajustare hormonală, ar putea îmbunătăți considerabil rezultatele clinice ale implanturilor bazate pe celule periostale.

Aceste descoperiri deschid noi perspective în ingineria tisulară a osului, aducând mai aproape de realitate implanturile personalizate, sigure și eficiente pentru tratamentul fracturilor complexe și al defectelor osoase majore.

Data actualizare: 11-04-2025 | creare: 11-04-2025 | Vizite: 129

Bibliografie

Decoene, I., (2025). Callus organoids reveal distinct cartilage to bone transition mechanisms across donors and a role for biological sex. Bone Research. doi.org/10.1038/s41413-025-00418-z.

Image by freepik on Freepik

Copyright ROmedic: Articolul se află sub protecția drepturilor de autor. Reproducerea, chiar și parțială, este interzisă!

Alte articole din aceeași secțiune:

Inteligența artificială, mai precisă în stabilirea riscului de deces prematur decât alte mecanisme folosite clinic

Cercetătorii au descoperit că un algoritm computerizat dezvoltat folosind videoclipuri ecocardiografice ale inimi...

Dispozitivul care ar putea fi eficient în eliminarea durerilor menstruale

Se estimează că aproximativ 9 din 10 femei suferă de crampe menstruale (dismenoree), iar 10% dintre acestea au d...

Metodă AI pentru detectarea tulburării de somn REM care afectează milioane de oameni

O echipă de cercetători de la Mount Sinai a dezvoltat o metodă avansată bazată pe inteligența artificială (I...

O aplicație inteligentă diagnostichează apneea de somn
Cum arată viitorul în medicină?
Predicția vârstei biologice prin ECG cu ajutorul inteligenței artificiale
Terapia fotodinamică mai eficientă prin adăugarea de anticorpi

Din Ghidul de sănătate v-ar putea interesa și:

Hidrogel peptidic ce susține vindecarea țesuturilor

Cercetătorii din cadrul Universității Rice au studiat modul în care diferite medicamente, proteine și celule �...

O nouă tehnică pune bazele terapiilor de regenerare cardiacă

Cercetătorii au creat o tehnică ce stabilește care dintre celulele inimii (miocite) are posibilitatea de replica...

Terapie promițătoare pentru regenerarea cardiacă

O echipă de cercetători de la Universitatea din Helsinki, împreună cu specialiști de la Spitalul Fuwai din Bei...

Ce sunt organoizii - explicații și implicații în medicină

Misterul științific care stă la baza regenerării membrelor pierdute de către salamandre, din nou în atenția cercetătorilor

Ficatul, nu și măduva osoasă, ar putea deschide calea regenerării organelor și țesuturilor la om

Forumul ROmedic - întrebări și răspunsuri medicale:

Pe forum găsiți peste 500.000 de întrebări și răspunsuri despre boli sau alte subiecte medicale. Aveți o întrebare? Primiți răspunsuri gratuite de la medici.

intră pe forum