La fuerza que ejerce la gravedad y la actividad física sobre nuestros huesos provoca pequeños desgarros en las membranas de las células diminutas que nos permiten formar o descomponer los huesos, dicen los científicos.
Si bien eso puede sonar mal, en realidad es una pieza clave de cómo la fuerza que aplicamos a nuestros huesos ayuda a mantenerlos fuertes, informan en el Revista de investigación ortopédica .
"El hueso tiene que adaptarse constantemente y asegurarse de que tenga el diseño correcto para soportar las cargas a las que se va a someter", dice la Dra. Meghan E. McGee-Lawrence, ingeniera biomédica en el Departamento de Biología Celular yAnatomía en la Facultad de Medicina de Georgia en la Universidad de Augusta.
Los osteocitos manejan los osteoblastos que producen hueso, así como los osteoclastos que descomponen el hueso y se sabía que detectaban la carga mecánica, pero se desconocía cómo detectaban la carga.
McGee-Lawrence y el biólogo celular de MCG, Dr. Paul McNeil, son los primeros en encontrar las pequeñas lágrimas en respuesta a la fuerza ejercida al subir las escaleras o levantar pesas.
No solo las células experimentan desgarros de la membrana, sino que es el número más alto que McNeil, un experto en reparación de la membrana celular, ha visto en una variedad de tipos de células. "Es notable", dice el coautor del estudio. Y cuanto más pesada es la carga mecánica, más lágrimas; por ejemplo, los ratones que caminan en una cinta de correr en lugar de simplemente moverse en su jaula.
Una mejor comprensión del mecanismo específico por el cual estas células perciben y luego responden a la carga mecánica debería permitir la identificación de objetivos lógicos para mejorar la fuerza y la salud de los huesos envejecidos, así como los huesos afectados por enfermedades como la diabetes, dice McGee-Lawrence, autor correspondiente del estudio.
Los osteocitos abundan en el hueso y cada uno tiene cientos de pequeños procesos que se extienden en todas las direcciones que ayudan a asegurarlos a la matriz ósea. McGee-Lawrence compara su apariencia con una bola de liquidámbar. Ella y McNeil tienen evidencia temprana de las células diminutas y suLas proyecciones son muy vulnerables al desgarro y esa vulnerabilidad parece convertirlas en algo natural para responder a la carga mecánica.
Una vez que las lágrimas llegan a las membranas celulares, se precipita más calcio dentro de las células. Este mineral estrechamente asociado con la salud ósea y presente fuera de la célula en concentraciones 10,000 veces más altas que dentro de la célula, era conocido por ser una señal de inicio, dice McNeil. SuEl trabajo ha demostrado cómo en muchos tipos de células, incluidos ahora los osteocitos, la carga causa las lágrimas, lo que permite que el calcio ingrese rápidamente para curar rápidamente las lágrimas y poner en marcha una serie de acciones que, en este caso, remodelan el hueso.
En cultivos celulares, observaron cómo el aumento de los niveles de calcio dentro de los osteocitos desencadenaba un aumento en la producción de la proteína c-fos. La proteína también está bien estudiada y se sabe que está involucrada en las vías de señalización que conducen a huesos más fuertes en respuestahacer ejercicio, pero la conexión de c-fos con el desgarro de la membrana era otra desconocida.
Los osteocitos usan sus tentáculos delgados de un micrón para comunicarse entre sí y los científicos también aprendieron que cuando un osteocito se desgarra, parece comunicar su carga a los osteocitos vecinos, por lo que el nivel de calcio también aumenta en ellos incluso sin desgarro.El mensaje que comparte el osteocito desgarrado es decirle a los osteoblastos que fortalezcan los huesos y a los osteoclastos que dejen de descomponer el hueso.
Es probable que la idea de apuntalar aún más el hueso esté mejor preparada para cualquier carga mecánica que venga a continuación, dice McGee-Lawrence.
Por el contrario, la falta de carga y el consiguiente desgarro pueden ser la razón por la que los huesos y músculos de los astronautas se debilitan en gravedad cero, dice McNeil.
McGee-Lawrence es el investigador principal de una nueva subvención de la National Science Foundation de $ 450,000 que los ayudará a analizar más a fondo este importante rompecabezas y el potencial para permitir una mejor salud ósea con la edad y la enfermedad.
"Nos preguntamos si la pérdida ósea con el envejecimiento se debe a que los osteocitos se vuelven más frágiles o menos capaces de repararse a medida que envejecemos", dice McNeil, co-investigador de los estudios en curso. "Si lo hacen, los perderá con el tiempoy, de hecho, sabemos que los pierde ".
Parte de lo que están haciendo con la nueva subvención incluye observar ratones con una deficiencia genética en la reparación de la membrana celular. Quieren ver si el medicamento poloxámero 188 de 50 años, que fue diseñado para reducir el espesor de la sangre,se encuentra en productos como la pasta de dientes y se ha demostrado que repara otras membranas celulares, podría ayudar a los osteocitos a seguir respondiendo a la carga mecánica. Al igual que muchos de nuestros sentidos que se embotan con la edad, los osteocitos envejecidos tampoco detectan cargas mecánicas críticas.
"Es una forma en que puede influir en las tasas de reparación de la membrana, de modo que si aceleramos la rapidez con la que se repara el desgarro, ¿afectará eso a los osteocitos?", Dice McGee-Lawrence. También observarán el impacto de ralentizar la reparación.
No se conoce ningún medicamento en el mercado para la osteoporosis que mejore la sensibilidad de los osteocitos.
"Estamos empezando a comprender por qué la señalización del calcio se inicia en las células heridas y luego eso nos da un mecanismo al que podemos apuntar para tratar de influir en qué tan bien el hueso detecta la carga mecánica", dice McGee-Lawrence.
La enfermedad también puede complicar la acción común de desgarro y reparación de la membrana celular. Por ejemplo, McNeil ha demostrado que la diabetes, que está asociada con la pérdida ósea, puede provocar problemas con la reparación de la membrana de otros tipos de células. Ahora los científicos de MCG están analizandosi afecta de manera similar a los osteocitos.
La salud ósea y muscular están inextricablemente conectadas y McNeil ha realizado un trabajo pionero que muestra una forma en que mantenemos nuestros músculos fuertes e incluso aumentamos su tamaño es a través de este proceso de desgarro y reparación en la membrana de las células musculares.
"Si vas al gimnasio y ejercitas tus músculos, se harán más grandes y fuertes y, al mismo tiempo, si te sientas todo el día, tus músculos se debilitarán", dice McGee-Lawrence. "Bone sílo mismo ". McNeil observa la diferencia entre las manos y brazos derecha e izquierda de un jugador de tenis diestro.
"Este hueso está lleno de células. Algunos están formando hueso nuevo, algunos están rompiendo el hueso y se está remodelando constantemente", agrega McNeil, sosteniendo un gran hueso de buey almizclero.
Las personas alcanzan su masa ósea máxima a finales de los 20 o principios de los 30. Después de eso, el porcentaje de osteoblastos a osteoclastos comienza a cambiar de modo que usted pierde lentamente en lugar de formar huesos. Los jóvenes activos, señalan, tienden a desarrollar una mejormasa ósea que debería verlos cómodamente en la vejez, especialmente si permanecen activos.
La falla en la reparación rápida de la membrana se asocia con músculos más débiles, incluso con enfermedades musculares, señalan, y los científicos esperan que lo mismo ocurra también en los huesos. Los estudios futuros incluyen explorar si la falla en la reparación contribuye a problemas comunes como la osteoporosis.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Medicina de Georgia en la Universidad de Augusta . Original escrito por Toni Baker. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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