Nowa rola białka Noggin i aktywowanych przez Noggin wewnątrzkomórkowych ścieżek sygnalizacyjnych w stymulacji procesów kościotworzenia w ludzkich tłuszczowych komórkach macierzystych

Równowaga między białkami morfogenetycznymi kości (BMP) i białkiem Noggin jest ważna podczas wczesnego Cząsteczkirozwoju i w procesach regeneracyjnych tkanki kostnej dorosłych osobników. Noggin wiąże BMP w przestrzeni zewnątrzkomórkowej, zapobiegając w ten sposób sygnalizacji BMP. Jednak Noggin może wpływać na odpowiedź komórek niekoniecznie poprzez modulację sygnalizacji BMP. W naszej najnowszej pracy wykazaliśmy, że w ludzkich tłuszczowych komórkach macierzystych (ASC) Noggin aktywuje receptory czynnika wzrostu fibroblastów typu 2 (FGFR2), kinazy Src/Akt i ERK1/2 oraz stabilizuje białka TAZ w obecności deksametazonu, co prowadzi do zwiększonej ekspresji markerów osteogennych i mineralizacji macierzy zewnątrzkomórkowej w komórkach ASC. 
 

Praca została częściowo sfinansowana z "Diamentowego Grantu" nr 0114/DIA/2020/49 Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego przyznanego p. Karolinie Truchan. Część finalizowanej obecnie pracy doktorskiej p. Karoliny Truchan.

Wpływ modyfikacji wybranych genów metodą CRISPR/Cas9 na odpowiedź ludzkich tłuszczowych komórek macierzystych

CRISPR/Cas9 jest precyzyjnym narzędziem do tworzenia miejsc przecięcia w DNA, znacznie łatwiejszym w użyciu niż dotychczasowe narzędzia do edycji genów TALENs czy ZNFs. Znając strukturę białek i kodujących ich genów, Obrazek z płytką dołkową oraz pipetąmożna odpowiednio projektować miejsca podwójnego przecięcia DNA, aby wstawić lub usunąć daną sekwencję, co może dostarczyć wielu nowych informacji o aktywności białek. W naszych badaniach skupiamy się na ocenie odpowiedzi ludzkich tłuszczowych komórek macierzystych na wpływ mutacji wybranych genów istotnych dla procesów kościotworzenia.
 

Projekt realizowany w ramach programu "Diamentowy Grant" nr 0114/DIA/2020/49 Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego przyznanego p. Karolinie Truchan. Część finalizowanej obecnie pracy doktorskiej p. Karoliny Truchan oraz eksperymentalnej pracy licencjackiej p. Bartosza Ilnickiego.

Strategie stymulacji kościotworzenia w hodowlach 2D i 3D ludzkich tłuszczowych komórek macierzystych z użyciem koktajlu czynników wzrostowych i modulatorów ich sygnalizacji wewnątrzkomórkowej, bioaktywnych materiałów i tzw. hodowli dynamicznych wykorzystujących naprężenia ścinające przy przepływie pożywki hodowlanej

Nowe strategie mające na celu zwiększenie efektywności klinicznej i wdrożeń do leczania eksperymentalnych terapii regeneracyjnych tkanki kostnej są obecnie intensywnie opracowywane i rozwijane. Coraz większy i szerszy dostęp Schematkomórek o własnościach regeneracyjnych oraz tzw. materiałów osteo-kondukcyjnych i –indukcyjnych sprawia, że w inżynierii tkanki kostnej wykorzystuje się zarówno potencjał kościotwórczy komórek jak i materiałów implantacyjnych. Komórki macierzyste tkanki tłuszczowej (ASC) są obecnie rozpoznawane jako alternatywne źródło komórek regeneracyjnych względem szeroko dotąd badanych i wykorzystywanych komórek macierzystych szpiku kostnego (BMSC) i zarówno ASC jak i BMSC wykazują potencjał kościotwórczy. Ostatnio opracowaliśmy nową strategię szybkiego i wydajnego pozyskiwania komórek kostnych mineralizujących macierz międzykomórkową, z użyciem: ludzkich ASC, koktajlu czynników wzrostowych i modulatorów ich działania, bioaktywnych kompozytów na bazie polimerów i bioaktywnych szkieł (opracowanych na AGH w Krakowie) oraz hodowli dynamicznych komórek. 
 

Projekt realizowany dzięki finansowaniu "Diamentowy Grant" nr 0114/DIA/2020/49 Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego przyznanego p. Karolinie Truchan oraz finansowaniu CTT CITTRU UJ, przyznanego Prof. Osyczka, we współpracy z AGH w Krakowie (grupa Prof. AGH, dr hab. Katarzyny Cholewy-Kowalskiej). Część wyników projektu uzyskała status zgłoszenia patentowego w dniu 20 marca 2023 r. w UP RP. Część finalizowanej obecnie pracy doktorskiej p. Karoliny Truchan.

Własności kościotwórcze kompozytów na bazie polimerów i bioaktywnych szkieł w hodowlach ludzkich komórek macierzystych szpiku kostnego, miazgi zęba i przyzębia oraz tkanki tłuszczowej

Bioaktywne szkła o właściwościach osteoindukcyjnych są stosowane od lat w medycynie, jednak ze względu na ich kruchość i niską wytrzymałość mechaniczną, łączy się je z biodegradowalnymi polimerami w kompozyty, co znacznie poszerza ich zastosowania implantacyjne. Ostatnie nasze prace wykazały m.in., że niektóre bioaktywne kompozyty (wytworzone eksperymentalnie na AGH w Krakowie w grupie Prof. AGH, dr hab. Katarzyny Cholewy-Kowalskiej) wykazują potencjał kościotwórczy i mogą indukować procesy kościotworzenia w ludzkich komórkach macierzystych szpiku kostnego bez dodatkowej stymulacji komórek kościotwórczymi czynnikami wzrostu. W badaniach nad właściwościami kościotwórczymi bioaktywnych szkieł w materiałach kompozytowych wykorzystujemy także modyfikacje ich składu oraz osnowy polimerowej (m.in. we współpracy z Dr Beatą Kaczmarek z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu), nie tylko w hodowlach komórek szpiku kostnego, ale także w hodowlach komórek miazgi zęba, przyzębia czy tkanki tłuszczowej.
 

Projekty finansowane m.in. z programów OPUS nr UMO-2016/21/B/NZ5/00217 Narodowego Centrum Nauki (Prof. Osyczka), finansowania innowacji przez CTT CITTRU UJ (Prof. Osyczka), programu "Diamentowy Grant" nr 0114/DIA/2020/49 Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego (p. Karolina Truchan) oraz współpracy z Prof. AGH, Dr hab. Katarzyną Cholewa-Kowalska i Dr Beatą Kaczmarek-Szczepańską z UMK w Toruniu.

Własności kościotwórcze, przeciwzapalne i przeciwnowotworowe eksperymentalnych nici chirurgicznych i innych materiałów chirurgicznych w hodowlach ludzkich komórek macierzystych szpiku kostnego, miazgi zęba i przyzębia

W ortopedii, chirurgii twarzowo-szczękowej i stomatologii wykorzystywane są metalowe nici chirurgiczne, śruby i endoprotezy do stabilnego i mocnego łączenia lub zastępowania fragmentów kości; niestety wszystkie z czasem Szalka hodowlanapodlegają tzw. „znoszeniu”, ścierają się, degradują i powodują chroniczne reakcje zapalne, co zmusza pacjenta do ich wymiany i poddaniu się operacji rekonstrukcyjnej. Dlatego wciąż poszukuje się nowych stopów metali lub nowych powłok obecnie wykorzystywanych metalowych implantów. Oczekuje się, że wykazywać one będą z jednej strony wysoką wytrzymałość mechaniczną i oporność na ścieranie/ degradację, a z drugiej strony własności kościotwórcze, przeciwzapalne i przeciwnowotworowe. Aktywnie uczestniczymy w badaniach własności biologicznych nowych, eksperymentalnych nici chirurgicznych  wytworzonych m.in. w AGH, przez grupę badawczą Prof. Dr hab. Inż. Andrija Milenina, w hodowlach ludzkich komórek macierzystych szpiku kostnego, miazgi zęba i przyzębia oraz tkanki tłuszczowej. Ostatnio wykazaliśmy, że niektóre z eksperymentalnie wytworzonych nici chirurgicznych posiadają własności antynowotworowe w hodowlach komórek ludzkiego kostniakomięsaka.
 

Współpraca z Prof. dr hab. inż. Andrijem Mileninem, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, AGH w Krakowie.

Wpływ diety ketogenicznej w czasie ciąży i laktacji na potencjał regeneracyjny szpiku kostnego potomstwa

Dieta ketogeniczna (KD) to dieta wysokotłuszczowa, umiarkowanie białkowa i niskowęglowodanowa. Początkowo była zalecana pacjontom z padaczką lekooporną, obecnie KD jest zalecana jako wspomagająca leczenie wielu Zdjęcie szpiku kostnegoinnych schorzeń, np. takich jak cukrzyca i otyłość, których skutkiem ubocznym jest również zmniejszająca się masa kostna. Wpływ KD na szpik kostny nie jest jednak dobrze poznany. Dlatego, we współpracy z Prof. Dr hab. Zuzanną Setkowicz-Janeczko z Pracowni Neuropatologii Doświadczanej Instytutu Zoologii i Badań Biomedycznych UJ, podjęliśmy badania nad wpływem KD podczas ciąży i laktacji na in vitro potencjał regeneracyjny komórek szpiku kostnego (BM) 30-dniowego potomstwa szczurów Wistar.
 

Projekt finansowany w ramach projektu Research Support Module ID.UJ. Współpraca z prof. Setkowicz-Janeczko z Pracowni Neuropatologii Doświadczalnej IZiBB, WB UJ. Część finalizowanej obecnie pracy doktorskiej p. Karoliny Truchan.

Inne

Cynk i stront są pierwiastkami znanymi ze wspomagającego działania na utrzymanie homeostazy w tkance kostnej. Jednak wpływ tych pierwiastków na sygnalizację wewnątrzkomórkową komórek kościotwórczych nie jest dobrze rozpoznany. Te ostatnie aspekty naukowo-badawcze są obecnie podsumowywane w teoretycznej pracy licencjackiej p. Nikoli Dudy.

W klinicznym zastosowaniu materiałów implantacyjnych dedykowanych ortopedii, chirurgii twarzowo-szczękowej i/lub stomatologii istotną rolę pełni nie tylko biozgodność i bioaktywność materiałów implantacyjnych, ale także wpływ materiałów implantacyjnych na odpowiedź zapalną komórek z tkanek okołoimplantacyjnych oraz na procesy kościogubne inicjowane przez osteoklasty. Powyższe procesy mogą decydować o powodzeniu terapii regeneracyjnych tkanki kostnej. Wpływ wybranych, eksperymentalnych materiałów implantacyjnych na procesy osteoklastogenezy i polaryzacji makofagów w hodowlach komórek modelowych RAW 264.7 jest obecnie badany przez p. Łukasza Tytułę w ramach jego pracy magisterskiej.

• Prof. AGH, Dr hab. Inż. Katarzyna Cholewa-Kowalska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
• Prof. Dr hab. Inż. Andrij Milenin, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
• Dr Beata Kaczmarek-Szczepańska, Wydział Chemii, Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu
• Dr Łukasz Niedźwiedzki, Wydział Nauk o Zdrowiu, Collegium Medium UJ oraz Małopolski Szpital Ortopedyczno-Rehabilitacyjny im. Prof. Bogusława Frańczuka w Krakowie
• Susan W. Volk VMD, PhD, Dipl ACVS Corinne R. and Henry Bower Professor of Small Animal Surgery, University of Pennsylvania School of Veterinary Medicine, Philadelphia PA, USA
• Sunday O. Akintoye BDS, DDS, MS, Associate Professor, Oral Medicine, Director, Master of Oral Health Sciences (MOHS) Program, Fulbright Scholar (2015/2016), University of Pennsylvania School of Dental Medicine, Department of Oral Medicine, Philadelphia PA, USA
• Gwendolen C. Reilly, Professor of Musculoskeletal Bioengineering, Department of Materials Science and Engineering and INSIGNEO Institute for in silico Medicine, University of Sheffield, UK

Doktoranci

• P. Karolina Truchan, Lic. Tytuł rozprawy doktorskiej (2020-2025): „Mechanizmy osteogenezy w mezenchymalnych komórkach macierzystych”

Magistranci

• P. Łukasz Tytuła, Lic.,Tytuł pracy magisterskiej (2023-2025): „Wpływ podłoży bioaktywnych na modulację odpowiedzi zapalnej monocytów”

Licencjaci

• P. Bartosz Ilnicki, Tytuł eksperymentalnej pracy licencjackiej (2023-2024): „Wpływ mutacji w genie Noggin na potencjał kościotwórczy ludzkich tłuszczowych komórek macierzystych
• P. Nikola Duda, Tytuł teoretycznej pracy licencjackiej (2023-2024): ”Wpływ cynku i strontu na sygnalizację wewnątrzkomórkową w kościotworzeniu komórek osteogennych”