Starzenie zaburza sieć osteocytów i strukturę kości, silniej wpływając na mężczyzn
Utrata masy kostnej związana z wiekiem stanowi poważne wyzwanie zdrowotne dla starzejących się populacji na całym świecie. Wraz z upływem lat kości stopniowo tracą gęstość i stają się kruche, co zwiększa ryzyko złamań i pogarsza jakość życia. Choć osteoporoza jest zwykle kojarzona z kobietami po menopauzie, najnowsze badania pokazują, że mężczyźni również są w znacznym stopniu dotknięci tym problemem. Co gorsza, precyzyjne mechanizmy komórkowe napędzające degenerację kości związaną z wiekiem pozostają w dużej mierze nieznane. Coraz więcej uwagi badawczej skupia się na osteocytach – wyspecjalizowanych komórkach kości zakotwiczonych w macierzy kostnej – jako kluczowych uczestnikach procesów starzenia się szkieletu.
Osteocyty tworzą rozległą sieć komunikacyjną w kości, znaną jako sieć jamkowo-kanałowa (LCN, z ang. lacuno-canalicular network), która reguluje przebudowę kości. Komórki te odpowiadają na bodźce mechaniczne i wydzielają sygnały biochemiczne wpływające na tworzenie i resorpcję kości. Jednak wraz ze starzeniem się sieć ta ulega fragmentacji, a funkcje osteocytów słabną. Kluczowym pytaniem w badaniach nad starzeniem jest to, w jaki sposób wiek i ewentualnie płeć wpływają na morfologię i łączność LCN w sposób pogarszający zdrowie kości. Zrozumienie tych zależności może pomóc w opracowaniu ukierunkowanych terapii osteoporozy.
Zespół naukowców z ETH Zurich pod kierownictwem prof. Ralpha Müllera zbadał to zagadnienie, wykorzystując mysi model przedwczesnego starzenia PolgD257A/D257A (PolgA). Badanie opublikowano w czasopiśmie Bone Research 25 maja 2025 roku. Badacze zastosowali zaawansowane techniki obrazowania i analizy komputerowej, by wykazać specyficzną dla wieku i płci degenerację kości i sieci LCN już w 40. tygodniu życia myszy – etapie porównywalnym ze starzeniem się u naturalnych modeli mysich i u starszych ludzi. Zmiany degeneracyjne były bardziej nasilone u samców.
„Nasze badania pokazują, że myszy PolgA doświadczają przyspieszonego starzenia się szkieletu z wyraźnymi uszkodzeniami strukturalnymi i ograniczoną łącznością osteocytów” – powiedział prof. Müller. „Model ten stanowi potężne narzędzie do badania mechanizmów komórkowych związanych z utratą masy kostnej”.
Naukowcy ocenili ogólne wskaźniki zdrowia układu mięśniowo-szkieletowego – takie jak masa ciała, siła chwytu, chód i wskaźnik kruchości – w kilku punktach czasowych do 40. tygodnia życia. W porównaniu z myszami dzikiego typu, myszy PolgA wykazywały gwałtowny spadek wydolności fizycznej i zwiększoną kruchość, przy czym zmiany te były bardziej wyraźne u samców. Tomografia komputerowa kości udowej ujawniła znaczne pogorszenie struktury zarówno tkanki korowej (zbitej), jak i beleczkowej (gąbczastej). Obserwowano zmniejszenie grubości korowej i powierzchni kości, a także istotny spadek objętości kości beleczkowej. Zmiany te odpowiadały wzorcom obserwowanym u naturalnie starzejących się myszy i ludzi, wzmacniając pozycję modelu PolgA jako odpowiednika starzenia szkieletowego.
W dalszej części badania naukowcy użyli mikroskopii konfokalnej i własnego algorytmu analizy in silico do oceny kluczowych cech osteocytów i ich dendrytów – rozgałęzionych wypustek komórkowych. U starszych myszy PolgA (obu płci) zaobserwowano znaczny spadek liczby, długości i powierzchni dendrytów, a także gęstości osteocytów. Degeneracja była bardziej nasilona u samców, co pokrywa się z większą utratą masy kostnej.
Badacze ocenili również sieć LCN, wykorzystując barwienie fluoresceiną izotiocyjanianową (FITC) na świeżych, zamrożonych przekrojach kości udowej. Pozwoliło to na zobrazowanie kanalików i jam kostnych – struktur odpowiedzialnych za transport i komunikację komórkową. Stwierdzono zmniejszoną gęstość jamek, skrócenie kanalików i ogólny spadek łączności sieciowej u starszych myszy PolgA. Z użyciem narzędzi z zakresu konektomiki naukowcy ilościowo określili zmiany liczby węzłów sieci oraz odległości między osteocytami, wykazując istotne zaburzenia w komunikacji komórkowej.
„Sieć LCN u starszych myszy PolgA stała się rzadka i fragmentaryczna” – podkreślił prof. Müller. „Odzwierciedla to nie tylko upośledzenie funkcji osteocytów, ale może również tłumaczyć utratę masy i wytrzymałości kości”.
Oprócz wpływu wieku na osteocyty i zdrowie kości, badanie podkreśla również różnice między płciami. Starsze samce myszy PolgA wykazywały bardziej nasilone zmiany degeneracyjne w wielu parametrach niż samice, co może być związane z ochronnym wpływem estrogenu. Autorzy sugerują, że hormony płciowe mogą łagodzić niektóre skutki dysfunkcji mitochondrialnej w starzejących się komórkach – hipoteza ta wymaga dalszych badań.
Badanie to dostarcza solidnego modelu ukazującego, w jaki sposób starzenie upośledza funkcje komórek odpowiadających za integralność naszej tkanki kostnej. Co więcej, znaczenie tych wyników wykracza poza sam model PolgA – jego walidacja jako odpowiednika naturalnego starzenia umożliwia testowanie strategii interwencyjnych mających na celu zachowanie zdrowia kości.
„Nasze badania podkreślają znaczenie osteocytów w utrzymaniu zdrowia kości wraz z wiekiem” – podsumowuje prof. Müller. „Zrozumienie, jak ich struktura i łączność ulegają degradacji, przybliża nas do opracowania nowych strategii zapobiegania kruchości kości lub jej odwracania”.
Źródło: Bone Research
