Wnt3a توانایی استخوان زایی را در پیوند استخوانی حیوانات پیر بازمی گرداند
سابقه و هدف: تحلیل چربی مرتبط با سن درمغز استخوان منجر به تاخیر درترمیم شکستگی و شکستگی ناشی ازپوکی استخوان درافراد مسن می شود. مکانیسم های پایه ای این تغییردر چربی ناشناخته است، اما ممکن است به سطح مسیرسیگنالینگ Wnt در داخل حفره مغزاستخوان سالمندان مربوط باشد.
مواد و روشها: ازموش های تراریخته برای ایجاد مدل syngeneic پیوند استخوان به منظور ردیابی سرنوشت سلول های دخیل در پیوندپذیری استفاده شد. ایمونوهیستوشیمی همراه با سنجش های کمی برای ارزیابی بیان ژنی مسیر سیگنالینگ Wnt و ژن های استخوانی و چربی درپیوند استخوان موشهای پیر و جوان انجام شد. پروتئین Wnt3a لیپوزومی (L-Wnt3a) برای بررسی توانایی آن در بازگرداندن پتانسیل استخوان زایی پیوندهای استخوانی پیر درمدل های موش و خرگوش با آسیب های کوچک مورد آزمایش قرار گرفت. رادیوگرافی، بازسازی توموگرافی کامپیوتری کمی (میکرو CT) ، بافت شناسی و اندازه گیری هیستومورفومتریک برای تعیین کمیت ترمیم استخوانی تحت تیمار L-Wnt3a یا یک ماده کنترل (محلول فسفات بافر سالین لیپوزومی [L-PBS) مورد استفاده قرار گرفت.
نتایج: پروفایل بیان ژنی سلول ها درپیوند استخوان با افزایش سن، تغییری را درپروفایل یک ژن استخوانی به سمت یکی از ژن های چربی نشان داد. این تغییر چربی زایی وابسته به سن با کاهش معنی داری درسیگنالینگ Wnt و کاهش در پتانسیل استخوان زایی همراه بود (P <0.05). درهر دو مدل حیوانی کوچک و بزرگ، توانایی استخوان زایی با انکوباسیون کوتاه مدت پیوند استخوانی پیر با فاکتور سلول های بنیادی Wnt3a دوباره بازگردانده شد. علاوه براین، Wnt3a لیپوزومی به طور قابل توجهی مرگ سلولی در پیوند استخوانی را کاهش داده و موجب بازسازی بیشتر استخوان در مقایسه با گروه کنترل شد.
نتیجه گیری: Wnt3a لیپوزومی سبب افزایش بقای سلول و بازگرداندن توانایی استخوان زایی پیوند استخوان در حیوانات مسن می شود.
ارتباط بالینی: ما یک استراتژی ترمیمی موثرو قابل اجرا از نظر بالینی را برای احیاء پیوند استخوان در بیماران مسن ابداع کردیم.
J Bone Joint Surg Am. 2013 Jul 17;95(14):1278-88. doi: 10.2106/JBJS.L.01502.
Wnt3a reestablishes osteogenic capacity to bone grafts from aged animals.
Leucht P, Jiang J, Cheng D, Liu B, Dhamdhere G, Fang MY, Monica SD, Urena JJ, Cole W, Smith LR, Castillo AB, Longaker MT, Helms JA.
Source
Department of Orthopaedic Surgery (P.L., L.R.S.), Stanford School of Medicine, Stanford, CA 94305.
Abstract
BACKGROUND:
Age-related fatty degeneration of the bone marrow contributes to delayed fracture-healing and osteoporosis-related fractures in the elderly. The mechanisms underlying this fatty change are unknown, but they may relate to the level of Wnt signaling within the aged marrow cavity.
METHODS:
Transgenic mice were used in conjunction with a syngeneic bone-graft model to follow the fates of cells involved in the engraftment. Immunohistochemistry along with quantitative assays were used to evaluate Wnt signaling and adipogenic and osteogenic gene expression in bone grafts from young and aged mice. Liposomal Wnt3a protein (L-Wnt3a) was tested for its ability to restore osteogenic potential to aged bone grafts in critical-size defect models created in mice and in rabbits. Radiography, microquantitative computed tomography (micro-CT) reconstruction, histology, and histomorphometric measurements were used to quantify bone-healing resulting from L-Wnt3a or a control substance (liposomal phosphate-buffered saline solution ]L-PBS[).
RESULTS:
Expression profiling of cells in a bone graft demonstrated a shift away from an osteogenic gene profile and toward an adipogenic one with age. This age-related adipogenic shift was accompanied by a significant reduction (p < 0.05) in Wnt signaling and a loss in osteogenic potential. In both large and small animal models, osteogenic competence was restored to aged bone grafts by a brief incubation with the stem-cell factor Wnt3a. In addition, liposomal Wnt3a significantly reduced cell death in the bone graft, resulting in significantly more osseous regenerate in comparison with controls.
CONCLUSIONS:
Liposomal Wnt3a enhances cell survival and reestablishes the osteogenic capacity of bone grafts from aged animals.
CLINICAL RELEVANCE:
We developed an effective, clinically applicable, regenerative medicine-based strategy for revitalizing bone grafts from aged patients.
PMID: 23864176
]