Naukowcy pokazali, że metaboliczne przeprogramowanie makrofagów może prowadzić do powstania pęcherzyków zewnątrzkomórkowych wspierających kilka etapów gojenia kości.

Naukowcy z Trinity College Dublin oraz RCSI University of Medicine and Health Sciences stworzyli nowe „hybrydowe” komórki odpornościowe, które mogą wspierać regenerację kości po złamaniu. Najważniejszym elementem odkrycia jest to, że uzyskane komórki jednocześnie promują tworzenie nowej tkanki kostnej i rozwój naczyń krwionośnych, co może mieć istotne znaczenie dla przyszłych terapii pacjentów z opóźnionym lub nieprawidłowym zrostem kostnym.

W artykule

• Czym są makrofagi M1 i makrofagi M2 oraz jaką rolę pełnią w naprawie kości
• Dlaczego pęcherzyki zewnątrzkomórkowe mogą być ważnym narzędziem terapii regeneracyjnych
• Jak naukowcy uzyskali „hybrydowy” stan makrofagów
• Dlaczego jednoczesne pobudzanie osteogenezy i angiogenezy jest biologicznie istotne
• Jakie grupy pacjentów mogłyby potencjalnie skorzystać z tej strategii
• Jakie są kolejne etapy badań przed ewentualnym zastosowaniem klinicznym

Naukowcy z Trinity College Dublin oraz RCSI University of Medicine and Health Sciences stworzyli nowe „hybrydowe” komórki odpornościowe, które mogą pomóc w tworzeniu nowej kości po złamaniu. Szczególnie interesujące jest to, że komórki te jednocześnie wspierają wzrost naczyń krwionośnych oraz wzrost kości, co stanowi zupełnie nowe podejście.

Odkrycie to może w przyszłości pomóc w szybszej regeneracji kości, a także poprawić wyniki leczenia u bardzo dużej liczby pacjentów. Obecnie około 10% wszystkich złamań kości nie goi się prawidłowo.

Badacze skoncentrowali się na makrofagach, czyli wyspecjalizowanych komórkach odpornościowych mających wyjątkową zdolność przełączania się między dwoma różnymi stanami. Poza kierowaniem odpowiedzią immunologiczną makrofagi są również komórkami wydzielniczymi, co oznacza, że aktywnie uwalniają cząsteczki i cząstki komunikujące się z otaczającymi komórkami, aby koordynować proces naprawy.

Gdy dochodzi do złamania kości, makrofagi szybko napływają do miejsca uszkodzenia i uruchamiają odpowiedź zapalną, usuwając skutki urazu, takie jak martwe komórki oraz fragmenty kości. Komórki te określa się jako makrofagi M1. Po wykonaniu tego zadania makrofagi przełączają się w drugi stan, nazywany M2, który pomaga reorganizować i odbudowywać kość.

„Dokładny mechanizm tego przełączania podczas naprawy kości jest słabo poznany, ale nasze badanie w pewnym stopniu przybliża rozwiązanie tej zagadki” – powiedział prof. David Hoey z Trinity’s School of Engineering, współautor korespondencyjny artykułu opublikowanego niedawno w czasopiśmie Biomaterials.

„Naukowcy od pewnego czasu wiedzą, że makrofagi uwalniają drobne cząstki nazywane pęcherzykami zewnątrzkomórkowymi, czyli małe pakiety przenoszące sygnały biologiczne, które są wychwytywane przez sąsiednie komórki. Nasz zespół odkrył, jaką rolę odgrywają one podczas naprawy kości, a co kluczowe, że ich działanie zależy całkowicie od tego, w jakim stanie znajduje się makrofag w chwili ich uwalniania” – dodał prof. Hoey.

Zespół wykazał, że pęcherzyki zewnątrzkomórkowe pochodzące z makrofagów M1 inicjują tworzenie nowej kości, natomiast pęcherzyki zewnątrzkomórkowe pochodzące z makrofagów M2 promują wzrost nowych naczyń krwionośnych. Jest to niezbędny proces biologiczny, który umożliwia dostarczanie substancji odżywczych do miejsca gojenia.

Tworzenie nowego „hybrydowego” mechanizmu naprawczego

Kolejny ważny etap badań miał swoje źródło w metabolizmie, czyli w całokształcie reakcji chemicznych, które utrzymują funkcjonowanie komórek. Zespół odkrył, że stan metaboliczny makrofaga bezpośrednio kształtuje typ cząstek, które komórka uwalnia.

Przy użyciu leku o nazwie DASA-58 naukowcy byli w stanie przesunąć makrofagi M1 do nowego stanu hybrydowego, znajdującego się pomiędzy M1 i M2.

„Co szczególnie ważne, cząstki uwalniane przez te komórki hybrydowe były odmienne” – dodał prof. Hoey. „Te hybrydowe cząstki były zdolne jednocześnie wspierać tworzenie nowej kości oraz promować wzrost naczyń krwionośnych, skutecznie łącząc korzyści wynikające zarówno z cząstek M1, jak i M2 w jednej populacji – i to bez wywoływania niepożądanego stanu zapalnego”.

Dlaczego to ma znaczenie i jaki jest potencjalny wpływ badań?

Powolne lub zaburzone gojenie kości często występuje u osób starszych, u pacjentów z cukrzycą oraz u chorych z dużymi lub złożonymi złamaniami. Wyniki tego badania sugerują nowy sposób tworzenia terapii pochodzenia komórkowego, które mogłyby przyspieszyć powrót do zdrowia i poprawić rezultaty leczenia.

Kolejnymi krokami zespołu będzie dalsza walidacja właściwości regeneracyjnych hybrydowych pęcherzyków zewnątrzkomórkowych w dodatkowych badaniach in vitro oraz badaniach przedklinicznych. Ogólnie rzecz biorąc, terapie oparte na pęcherzykach zewnątrzkomórkowych zbliżają się do etapu klinicznego, a na całym świecie trwa obecnie około 500 takich badań klinicznych.

Główna autorka pracy, dr Cansu Gorgun z DIMI, University of Genoa, powiedziała: „Pokazaliśmy, że możliwe jest ukierunkowanie komórek odpornościowych tak, aby produkowały pęcherzyki wspierające wiele etapów gojenia, co może być bardzo wartościowym podejściem do poprawy naprawy kości”.

Źródło: Biomaterials, Metabolic reprogramming of human macrophages drives the formation of hybrid M1/M2 pro-regenerative extracellular vesicles
DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.biomaterials.2026.124216