Wodór w medycynie regeneracyjnej? Rewolucyjna strategia walki z procesem starzenia

Starzenie się organizmu wiąże się z szeregiem modyfikacji na wielu poziomach. Komórki podczas procesu starzenia wykazują zwykle uszkodzenie DNA, dysfunkcję metaboliczną mitochondriów i lizosomów, blokadę cyklu komórkowego, zmianę sekretomu. Wspomniane przemiany prowadzą do utraty zdolności regeneracyjnych i utrzymania stanu zapalnego. W niedawno przeprowadzonych badaniach odkryto, że lokalne dostarczanie wodoru (H2) może odwrócić ten proces, przyczyniając się do przebudowy mikrośrodowiska starzenia i wspierając skuteczną naprawę ubytków kostnych u osób starszych.

Eksperymenty przeprowadzono na modelu myszy w podeszłym wieku (24 miesiące) odpowiadającemu 70-letniemu modelowi ludzkiemu. Z kości wyizolowano BMSC (mezenchymalne komórki macierzyste szpiku kostnego), makrofagi i osteocyty, a następnie inkubowane w 60% inkubatorze wodorowym przez 7 dni w celu symulacji mikrośrodowiska stałego dostarczania H2 in vitro. Dodatkowo zespół naukowców skonstruował nowatorskie rusztowanie, które uwalnia H2 w dużych ilościach (911 ml/g, do 1 tygodnia) poprzez elektrorozpylanie nanocząstek CaSi2 otoczonych polihydroksyalkanianem na mezoporowatym bioaktywnym szkle.
Zastosowanie opracowanego rusztowania uwalniającego H2 stanowi obiecujące podejście do regeneracji kości. Wyjątkowa biokompatybilność i osteoindukcyjność rusztowania sprawiają, że ma ono duży potencjał kliniczny, zwłaszcza w przypadku, gdy tradycyjne metody, takie jak autogenny przeszczep kości, nie są dostępne.

Przeprowadzane badania wykazały, że lokalne dostarczanie H2 może zmienić mikrośrodowisko starzenia. Mechanizm działania obejmuje repolaryzację starzejących się makrofagów, zmianę sekretomu, a także wspieranie regeneracji komórek i tkanek. Warto podkreślić, że H2 okazał się bezpiecznym środkiem przeciwzapalnym o szerokim spektrum działania, co czyni go obiecującym narzędziem terapeutycznym.

Istotną cechą wodoru jest jego zdolność do selektywnego usuwania silnie utleniających rodników, co sprawia, że jest skuteczny w łagodzeniu stresu oksydacyjnego związanego ze starzeniem. W przeciwieństwie do innych leków senolitycznych i senomorficznych, H2 wykazuje wysoką selektywność i uniwersalność działania przeciwstarzeniowego, co minimalizuje toksyczne skutki uboczne.

Podsumowując, badania nad lokalnym dostarczaniem H2 wskazują na obiecującą rolę tego pierwiastka w terapii przeciwdziałającej starzeniu się kości. Wprowadzenie tej nowej strategii leczenia może mieć ogromne znaczenie dla osób starszych, które często borykają się z problemami związanymi z utratą masy kostnej i trudnościami w procesie gojenia się złamań. Dalsze badania nad tym obszarem są z pewnością kluczowe, ale już teraz perspektywy terapeutyczne wydają się fascynujące. Podaż wodoru może okazać się kluczową bronią w walce z procesem starzenia się kości, otwierając nowe możliwości dla medycyny regeneracyjnej.

Afiliacje:

Biuro Analiz i Strategii, Agencja Rozwoju Przemysłu, Nowy Świat 6/12, 00-400 Warszawa
Katedra Biochemii Lekarskiej, Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kopernika 7, 31-034 Kraków
SKN Terapii Celowanej i Układów Supramolekularnych, Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kopernika 7, 31-034 Kraków

Źródła:

Shengqiang C. et al., "Local H2 release remodels senescence microenvironment for improved repair of injured bone", Nature Communications, (2023) 14:7783

Anna Misterka mgr inż. Absolwentka biotechnologii i technologii chemicznej. Odbywała 3-miesięczny staż w Zespole Transformacji Energetycznej Biura Analiz i Strategii Agencji Rozwoju Przemysłu w ramach konkursu „Kadry dla przemysłu”. Obecnie pracuje w Katedrze Biochemii Lekarskiej UJ CM. Aktywny członek SKN TCIUS.