Naukowcy i astronauci opracowali test na osteoporozę

Grupa amerykańskich geochemików, biologów u lekarzy z Arizona State University i Mayo Clinic pracowała razem z NASA by opracować nowy, szybki test diagnostyki zdrowia kości.

Wstajesz. Idziesz do łazienki. Wchodzisz po schodach. Wybiegasz spóźniony na autobus. Każdej z tych czynności towarzyszy ruch. Jest to tak fundamentalna część ludzkiego życia, że zazwyczaj nie dostrzegamy wagi tego błogosławieństwa, jakim jest zdolność do poruszania się. Obserwując rozwój filogenetyczny zwierząt na Ziemi łatwo zauważyć, że już najprostsze organizmy dążyły do wytworzenia mechanizmów umożliwiających ruch. Wici u bakterii, skrzydła owadów, ludzkie nogi. Wszystko to łączy wrodzona miłość do ruchu. To tak silne uczucie, że w chwili, gdy człowiek traci zdolność do poruszania się, czuje się zrozpaczony, jakby został pozbawiony jednego ze zmysłów. I wcale nie trzeba zostać przykutym do wózka inwalidzkiego, takiego stanu można doświadczyć po realistycznym marzeniu sennym. Naukowcy nazywają to paraliżem sennym. Ilość doznań jest w tym momencie tak intensywna, że człowiek ma problem z poruszeniem najmniejszego palca u stóp. I znów wróciliśmy do punktu wyjścia. Ruch. Co tak naprawdę umożliwia nam chodzenie, bieganie, stąpanie po schodach? Odpowiedź jest oczywista: mięśnie. Ale czego potrzebują mięśnie? Przyczepów, które umożliwiają im kości (istnieje niewielka ilość mięśni pozbawiona kostnych przyczepów, jednak ich rola w lokomocji jest znikoma). Istnienie podporu ciała jest konieczne do życia w warunkach ziemskiej grawitacji. Ich obecność jest konsekwencją środowiska, a nie potrzebą lokomocji, która tak naprawdę skorzystała z posiadania szkieletu i wykorzystała go do własny sposób. Świadczy o tym obecność podporowych tkanek u roślin, u których pomimo braku ruchu obserwuje się obecność struktur analogicznych do tych u innych organizmów. Ludzki kościec jest dalece przystosowany pełnionej roli i jest niezbędny do tego, by człowiek mógł się poruszać. Nie dziwią więc badania agencji kosmicznych nad tym niezwykle ważnym układem naszego organizmu. Jest to efektem fizjologicznych zmian, które zachodzą na skutek przebywania w nieważkości. Dochodzi wówczas do remodelacji tkanki kostnej i pojawienia się zmian podobnych do tych, które towarzyszą m.in. osteoporozie i nowotworowi kości. Istnieje więc potrzeba odnalezienia takich metod badawczych, które pozwalałyby na wczesne wykrycie przemian zachodzących w szkielecie. Całe szczęście na ratunek naszym kościom rusza zastęp naukowców całego świata.

Choć wydaje się to dziwne, kość jest żywą tkanką podlegającą ciągłym zmianom. Każdej czynności towarzyszy pojawienie się mikrozłamań, które muszą być naprawione, by kość mogła pełnić swoje funkcje. Odpowiedzialne są za to osteoklasty – swojego rodzaju komórki żerne, tacy mali kanibale, którzy niszcząc tkankę kostną pozwalają, by inne komórki – osteocyty – wytworzyły macierz kostną. Oprócz białek jej podstawowym składnikiem są kryształy dwuhydroksyapatytu, specyficznego związku nieorganicznego, którego najważniejszym komponentem są jony wapnia. Wapń jest jednym z tzw. pierwiastków biogennych, które są niezbędne do życia. Jego poziom jest ściśle regulowany hormonalnie, a kości są jego głównym magazynierem i źródłem dla ustroju. Zmiany stężenia wapnia w krwi świadczą więc o aktywności metabolicznej tkanki kostnej oraz mogą wskazywać na rozwój choroby kości, takich jak osteoporoza bądź nowotworu szpiczaka. Geochemicy opracowali bardzo dokładne metody pomiaru propozycji izotopów wapnia, na przykład do badania złóż muszli w skałach osadowych. Grupa amerykańskich geochemików, biologów u lekarzy z Arizona State University i Mayo Clinic pracowali razem z NASA by opracować nowy, szybki test diagnostyki zdrowia kości.

Wykorzystując metody spektroskopii mas można określić względne proporcje izotopów wapnia 42 oraz 44 w kości. Badacze zauważyli, że lżejsze izotopy wapnia, takie jak 42Ca są absorbowane z krwi, w czasie np. tworzenia się kości. Gdy jednak dochodzi do złamania, lekkie izotopy na skutek działania osteoklastów są uwalniane do krwi. Poprzez pomiar stosunku obu izotopów we krwi lub moczu naukowcy mogą obliczyć szybkość zmian masy kostnej.

Zaletą tej metody, jak mówi Ariel Anbar będący jednym z czołowych badaczy w tej dziedzinie, jest to, że pomiar pokazuje teraźniejszy opis stanu zdrowia kości. Tradycyjne badania, takich jak skanowanie DXA,  ujawniają zmiany, które już zaszły w tkance kostnej. Dzięki zastosowaniu spektroskopii mas można mieć realny wgląd w biochemiczne przemiany kości, a nie porównanie wyników przed i po, gdy może już być za późno na podjęcie innych metod leczenia. “Naszym celem jest, by te badania umożliwiły obserwację procesu niszczenia kości w osteoporozie, a także by mogły nam pokazać postęp niektórych nowotworów kości, takich jak szpiczak mnogi“.

Dotychczasowe badania przeprowadzono u pacjentów przykutych do łóżka, którzy na skutek braku ruchu naturalnie tracą masę kości. Najlepszym sposobem na sprawdzenie, czy opracowana metoda ma zastosowanie do różnego typu populacji, było przeprowadzenie kontroli u ludzi, którzy doświadczają szybkiej utraty masy kości. Astronauci NASA, którzy na skutek przebywania w stanie nieważkości, wracają na Ziemię średnio z 10% ubytkiem kośćca, okazali się idealni do tych celów. Pracując z NASA badacze mierzyli proporcje izotopów we krwi i moczu 30 astronautów przed, w trakcie a także po zakończeniu misji.

Ariel Anbar przyznał: “Byliśmy w stanie potwierdzić, że u astronautów zaszły oczekiwane zmiany w proporcji izotopów wapnia, co oznacza, że w mniejszym bądź większym stopniu możemy obserwować trwającą utratę kości w czasie rzeczywistym. Zrobiliśmy to za pomocą prostego testu próbki moczu.”

Podobne badania przeprowadzono także na grupie 71 pacjentów walczących z nowotworem kości. “To co obserwowaliśmy u chorych na nowotwory było ciekawe. Ci pacjenci, u których utrzymywało się wydalanie lżejszego izotopu, wydają się być tymi, u których nowotwór był najbardziej aktywny. Oznacza to, że testy mogą być teoretycznie wykorzystane w przypadku podejmowania decyzji o potrzebie podjęcia leczenia oraz oceny jego skuteczności.(…) W tej chwili to jeszcze test, który jest w fazie rozwoju, ale dotychczas wykazaliśmy, że działa. Jest jeszcze dużo do zrobienia, jednak korzyścią tej metody jest to, że pacjent nie musi korzystać ze specjalistycznych urządzeń, a badanie wykonuje się na podstawie zwykłej próbki moczu bądź krwi. Cieszymy się, że mamy możliwość połączenia geochemii, biologii i astronautyki na korzyść pacjentów.”

To cudowne, gdy można zaobserwować, jak kilka gałęzi nauki współpracuje, by osiągnąć wspólny cel. Jeszcze wspanialsze jest to, gdy okazuje się, że owoc ich pracy pomaga ludziom. Życie jest największą wartością, nie można przypisać mu żadnej ceny, po prostu każdy z nas jest jednym wielkim cudem natury. Narodziliśmy się, by żyć, podziwiać piękno otaczającego nas świata, by czynić go lepszym miejscem. Choć ciekawość zaprowadziła nas do gwiazd, to jednak ta sama ciekawość daje ludziom nadzieję. Wydawać by się mogło, że jedynym celem agencji kosmicznych jest wysłanie astronautów w bezduszną otchłań kosmosu. Zapominamy jednak o tych małych krokach dla człowieka, ale wielkich dla ludzkości. A ślady tych kroków są widoczne wokół nas. Ich przykładem są innowacyjne technologie wykorzystywane w medycynie służące dobru i życiu innych ludzi. Marzymy o lotach w kosmos, podczas gdy ich namiastkę mamy na wyciągnięcie ręki. W gruncie rzeczy każdy z nas jest astronautą, o którego życie walczy miliony specjalistów całego świata.

Źródło:European Association of Geochemistry