Forskare från University of Freiburg och University of Basel identifierade en masterregulator för benregenerering. Prasad Shastri, Professor i biofunktionell makromolekylär kemi vid Institutet för makromolekylär kemi och professor i cellsignaleringsmiljöer i Cluster of Excellence BIOSS Center for Biological Signaling Studies vid University of Freiburg ledde studien. Teamet publicerade resultaten i den prestigefyllda tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences .

Benvävnad är en nanokomposit:Den oorganiska mineralfasen så kallad hydroxiapatit ger benstabilitet, och dessa kalciumhaltiga nanokristaller är dispergerade i ett organiskt ramverk bestående av proteinet kollagen. Även om benvävnad föryngras under ens liv, att få skadat ben att repareras har visat sig vara utmanande. Förstörelsen av ohälsosamt ben är ett nödvändigt steg i sagan om ny benbildning.

Under denna förstörelse av ben, många biomolekyler som lagras i den organiska matrisen frigörs och de spelar en roll i benåterställningsprocessen genom att coaxera mesenkymala stamceller (MSC) som finns i benmärgen – för att aktivt bilda ben. Detta steg presenterar en slags vägkorsning i processen för benregenerering genom att, MSC kan bli benceller och deponera ben eller bli broskceller och avsätta en broskmatris (callus) som sedan omvandlas till ben. Hur den åtföljande nedbrytningen av hydroxyapatitmatrisen påverkar detta vägskäl har förblivit ett slags mysterium.

Med hjälp av en biomimetisk benliknande mineralfas utvecklad i laboratoriet i Shastri, teamet av forskare har avslöjat att benmineralfasen är en viktig "beslutsfattare" i benbildning. I studien postdoktoral associate Dr. Melika Sarem från gruppen av Shastri, i samarbete med forskargruppen av Prof. Ivan Martin vid Institutionen för biomedicin (Universitetssjukhuset Basel, universitetet i Basel), har upptäckt att benets mineralfas kan stimulera en receptor som kallas extracellulär kalciumavkännande receptor (CaSR), ett protein som känner av kalcium utanför cellerna och som uttrycks av MSC. Överstimulering av CaSR tvingar MSC:er att direkt bilda ben i motsats till via ett brosksteg. De rapporterar vidare att interferens med signalering via CaSR kan helt stänga ner bildningen av ben in vivo.

Dock, i en twist till denna molekylära dans, de har funnit att stimulerande bisköldkörtelhormon-1-receptor (PTH1R), nyckelregulatorn för kalciumjonhomeostas, kan rädda MSC från CaSRs klor och främja bildningen av ben via en broskmellanprodukt. "Vår upptäckt ger nya insikter om hur benmineralfasen kan diktera ny benbildning", säger Prof. Shastri. Resultaten av vår studie har enorma konsekvenser för utformningen av en ny implantatyta för benregenerering, "tillägger Dr Sarem.

Vid sjukdomar som osteoporos, ben bryts ned med mycket liten förnyelse av det förlorade benet. "Vår studie placerar CaSR i mitten av benregenereringsparadigmet och vi kan nu säga att det är en mästare som reglerar benbildning och detta kan förklara varför osteoporotiska patienter har svårt att läka sina frakturer, säger Shastri.