Fot. Na zdjęciu zespół badawczy. Kolejno od lewej: Karolina Truchan, prof. Anna M. Osyczka, prof. Katarzyna Cholewa-Kowalska, Barbara Zagrajczuk, źródło: Uniwersytet Jagielloński

Na UJ opracowano sposób szybkiego różnicowania komórek macierzystych tkanki tłuszczowej w komórki tkanki kostnej. W opinii twórczyń wynalazku wykorzystanie komórek tkanki tłuszczowej oraz opracowanej nowej metody ich naprowadzania na różnicowanie w komórki tkanki kostnej jest skuteczniejsze, szybsze i łatwiejsze w porównaniu do innych obecnie stosowanych metod w terapiach regeneracji tkanki kostnej z użyciem MSC szpiku kostnego lub tkanki tłuszczowej. Opracowana metoda to wynik wieloletniej pracy badawczej dr hab. Anny Marii Osyczki, prof. UJ z Instytutu Zoologii i Badań Biomedycznych Uniwersytetu Jagiellońskiego i jej doktorantki Karoliny Truchan oraz współpracujących z nimi dr hab. Katarzyny Cholewy-Kowalskiej, prof. Akademii Górniczo-Hutniczej i jej doktorantki mgr inż. Barbary Zagrajczuk.

MSC – komórki o regenerujących właściwościach

Mezenchymalne komórki macierzyste (MSC – z ang. mesenchymal stem cells, nazywane również „leczniczymi komórkami sygnalnymi” – z ang. medicinal signaling cells) można pozyskać od dorosłych dawców, z wielu różnych tkanek, w tym szpiku kostnego i tkanki tłuszczowej. Mają unikatowe właściwości i w zależności od biochemicznych sygnałów, jakie otrzymają, mogą one przeobrażać się w komórki różnych tkanek, m.in. komórki kostne, chrzęstne, mięśniowe, tłuszczowe, jak również regenerować stawy, ścięgna, a nawet tkankę nerwową. W organizmach zwierząt MSC pełnią funkcję naturalnego zasobu, który w razie potrzeby jest wykorzystany jako uniwersalny budulec nowej tkanki – np. po tym, gdy ulegnie ona uszkodzeniu. – MSC to komórki, które w gotowości czekają na instrukcje. Gdy tylko je otrzymają, mogą przeobrażać się w tkanki o określonej funkcjonalności. Dla medycyny MSC są bardzo przydatne i pożądane, ponieważ dostęp do nich, wraz z umiejętnością ich kontrolowanego różnicowania, daje nam możliwość regeneracji chorych lub uszkodzonych tkanek. Właściwie zróżnicowane komórki mogą być wykorzystane do terapii regeneracyjnych, w tym również do przeszczepów. Nasz zespół opracował metodę, która pozwala bardzo szybko „poinstruować” wyizolowane wcześniej komórki MSC tkanki tłuszczowej, by te stały się komórkami tkanki kostnej. Idea jest taka, aby przygotowane w ten sposób komórki w warunkach laboratoryjnych móc bezpiecznie podawać pacjentom. Sposób ich wykorzystania i podawania to kwestia otwarta, zależna od indywidualnie zaprojektowanej terapii komórkowej – mówi Anna M. Osyczka, prof. UJ z Instytutu Zoologii i Badań Biomedycznych Uniwersytetu Jagiellońskiego.

Proces pod kontrolą – komórki tkanki tłuszczowej zmieniają się w komórki tkanki kostnej

Obecnie nie ma żadnych technicznych przeszkód, by z tkanki tłuszczowej człowieka pozyskać MSC i w warunkach laboratoryjnych namnożyć te komórki do zastosowania terapeutycznego. Jest to ponadto łatwiejsze, wydajniejsze i mniej obciążające dla potencjalnego dawcy niż pobór np. MSC ze szpiku kostnego. Wyzwaniem jest jednak skuteczne stymulowanie takich MSC tkanki tłuszczowej do różnicowania w komórki innej tkanki niż tej, z której zostały pobrane. To właśnie w tym obszarze zespół badaczek z UJ i AGH pod kierunkiem prof. Anny M. Osyczki dokonał przełomowego odkrycia. Badaczki z UJ połączyły kilka sposobów stymulacji komórek, aby uzyskać zamierzony efekt – tj. szybkie naprowadzenie komórek tkanki tłuszczowej na różnicowanie w komórki kostne. Do tego celu opracowały odpowiedni koktajl czynników chemicznych, które podawano komórkom, a także prostą metodę stymulacji mechanicznej komórek (odpowiedniego mieszania pożywki podawanej komórkom). Trzecim ważnym elementem powyższego wynalazku było zastosowanie do hodowli komórek tzw. bioaktywnych, kompozytowych podłoży wzrostowych, opracowanych przez wieloletnie współpracowniczki – prof. Annę M. Osyczkę, Katarzynę Cholewę-Kowalską oraz Barbarę Zagrajczuk. – Komórki MSC z tkanki tłuszczowej nie są w stanie samoistnie w hodowli zainicjować procesu tworzenia tkanki kostnej. Natomiast opracowany przez nas skład pożywki podawanej komórkom, a także odpowiednie mieszanie pożywki bardzo szybko naprowadzają komórki MSC tkanki tłuszczowej na różnicowanie w komórki tkanki kostnej. Proces ten wspomagany jest przez zastosowanie specyficznych, opracowanych na AGH podłoży wzrostowych dla komórek – wyjaśnia Karolina Truchan, współautorka wynalazku i doktorantka UJ.

Podłoża bioaktywne, na których w warunkach laboratoryjnych są hodowane i stymulowane komórki macierzyste, to efekt wieloletniej współpracy badawczej zespołów prof. Osyczki z UJ i prof. Cholewy-Kowalskiej z AGH. – Zastosowane w wynalazku podłoża kompozytowe zawierają w sobie komponent w postaci bioaktywnego szkła, modyfikowanego pod względem zawartości odpowiednich tlenków. Wykazaliśmy dotąd, że podłoża takie mają szereg pożądanych właściwości biologicznych i mogą samodzielnie naprowadzać komórki MSC szpiku kostnego na różnicowanie w komórki kostne – zdradza Anna M. Osyczka. – Zastosowanie opracowanych na AGH podłoży do hodowli MSC tkanki tłuszczowej doskonale współdziała z zaprojektowanym koktajlem i metodami jego mieszania w hodowli tak, że hodowane komórki odbierają szybko instrukcje inicjujące procesy ich różnicowania w kierunku komórek tkanki kostnej – dodaje Karolina Truchan. Jak podkreślają badaczki, opracowana metoda pozwala w kilka dni skutecznie zaprogramować MSC tkanki tłuszczowej tak, by hodowane komórki stały się komórkami kostnymi. Przygotowana w ten sposób hodowla może być potencjalnie wykorzystana do różnych terapii komórkowych, gdzie stosuje się autoprzeszczepy.

Trzy metody w jednym wynalazku

Badaczki z UJ mogą pochwalić się aż trzema innowacjami w obszarze strategii hodowli i stymulacji MSC tkanki tłuszczowej do ich różnicowania w komórki kostne:

* innowacyjną pożywką (tj. koktajlem) dla MSC tkanki tłuszczowej, która wykazuje właściwości stymulujące różnicowanie ludzkich komórek macierzystych tkanki tłuszczowej w komórki kostne,

* sposobem prowadzenia statycznej hodowli komórkowej (bez poddawania hodowli fizycznemu mieszaniu) na zastosowanych podłożach i z użyciem koktajlu chemicznego,

* sposobem prowadzenia dynamicznej hodowli komórkowej (hodowla jest poddawana fizycznemu mieszaniu, przez co przygotowanie komórek do przeszczepu jest jeszcze szybsze).

Podmiotem współuprawnionym do wypracowanej własności intelektualnej jest Akademia Górniczo-Hutnicza, która aktywnie współuczestniczyła w opracowywaniu składu bioaktywnych podłoży wzrostowych dla hodowli MSC. Wszystkie wynalazki zespołu z UJ są objęte ochroną patentową. – Dzięki zorganizowaniu ochrony własności intelektualnej możemy rozmawiać z podmiotami z branży medycznej, które chciałyby wykorzystać potencjał tych odkryć w innowacyjnych terapiach schorzeń tkanki kostnej, leczeniu ubytków kości, leczeniu pourazowym czy medycynie estetycznej. Obecnie jesteśmy na etapie poszukiwania partnerów branżowych chętnych do włączenia się do etapów testów klinicznych – kończy dr Gabriela Konopka-Cupiał, dyrektor Centrum Transferu Technologii UJ CITTRU.

Centrum Transferu Technologii CITTRU

Uniwersytet Jagielloński