Wetenschappers van de Universiteit van Freiburg en de Universiteit van Basel hebben een hoofdregulator voor botregeneratie geïdentificeerd. Prasad Shastri, Hoogleraar Biofunctionele Macromoleculaire Chemie aan het Institute for Macromolecular Chemistry en hoogleraar Cell Signalling Environments in het Cluster of Excellence BIOSS Center for Biological Signalling Studies aan de Universiteit van Freiburg leidde het onderzoek. Het team publiceerde de resultaten in het prestigieuze tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences .

Botweefsel is een nanocomposiet:de anorganische minerale fase, het zogenaamde hydroxyapatiet, verleent de botstabiliteit, en deze calciumhoudende nanokristallen zijn gedispergeerd in een organisch raamwerk bestaande uit het eiwitcollageen. Hoewel botweefsel zichzelf gedurende het hele leven verjongt, het induceren van beschadigd bot om te repareren is een uitdaging gebleken. De vernietiging van ongezond bot is een noodzakelijke stap in de saga van de vorming van nieuw bot.

Tijdens deze vernietiging van bot, veel biomoleculen die in de organische matrix zijn opgeslagen, komen vrij en spelen een rol in het botherstelproces door mesenchymale stamcellen (MSC's) die zich in het beenmerg bevinden, over te halen om actief bot te vormen. Deze stap vormt een kruispunt van soorten in het proces van botregeneratie doordat, MSC's kunnen botcellen worden en bot afzetten of kraakbeencellen worden en een kraakbeenmatrix (de callus) afzetten die vervolgens in bot wordt omgezet. Hoe de bijbehorende afbraak van de hydroxyapatietmatrix dit kruispunt beïnvloedt, is een soort mysterie gebleven.

Met behulp van een biomimetische botachtige minerale fase ontwikkeld in het laboratorium van Shastri, het team van wetenschappers heeft ontrafeld dat de botmineraalfase een belangrijke "beslisser" is bij botvorming. In de studie postdoctoraal medewerker Dr. Melika Sarem van de groep van Shastri, in samenwerking met de onderzoeksgroep van Prof. Ivan Martin van de afdeling Biomedicine (Universitair Ziekenhuis Basel, Universiteit van Bazel), hebben ontdekt dat de minerale fase van bot een receptor kan stimuleren die de extracellulaire calciumgevoelige receptor (CaSR) wordt genoemd, een eiwit dat calcium buiten de cellen waarneemt en tot expressie wordt gebracht door MSC's. Overstimulatie van CaSR dwingt MSC's om direct bot te vormen in plaats van via een kraakbeenstap. Ze melden verder dat interferentie met signalering via CaSR de vorming van bot in vivo volledig kan stoppen.

Echter, in een draai aan deze moleculaire dans, ze hebben ontdekt dat het stimuleren van parathyroïdhormoon-1-receptor (PTH1R), de belangrijkste regulator van calciumionhomeostase, kan MSC's uit de klauwen van CaSR redden en de vorming van bot bevorderen via een tussenproduct van kraakbeen. "Onze ontdekking biedt nieuwe inzichten in hoe de botmineraalfase nieuwe botvorming kan dicteren", zegt prof. Shastri. De bevindingen van onze studie hebben enorme gevolgen voor het ontwerpen van een nieuw implantaatoppervlak voor botregeneratie, " voegt Dr. Sarem toe.

Bij ziekten zoals osteoporose, bot wordt afgebroken met zeer weinig vernieuwing van het verloren bot. "Onze studie plaatst CaSR vierkant in het midden van het botregeneratieparadigma en we kunnen nu zeggen dat het een hoofdregulator is van botvorming en dit zou kunnen verklaren waarom osteoporotische patiënten het moeilijk hebben om hun fracturen te genezen, ' zegt Shastri.