Mekanisme Latihan Memperkuat Tulang dan Kekebalan
Mekanisme Latihan Memperkuat Tulang dan Kekebalan – Para ilmuwan di Children’s Medical Center Research Institute di UT Southwestern (CRI) telah mengidentifikasi lingkungan khusus, yang dikenal sebagai ceruk, di sumsum tulang tempat tulang baru dan sel-sel kekebalan diproduksi.
Studi yang dipublikasikan di Nature, juga menunjukkan bahwa stimulasi yang diinduksi gerakan diperlukan untuk pemeliharaan ceruk ini, serta tulang dan sel-sel pembentuk kekebalan yang dikandungnya. Bersama-sama, temuan ini mengidentifikasi cara baru bahwa olahraga memperkuat tulang dan fungsi kekebalan tubuh.
Para peneliti dari laboratorium Morrison menemukan bahwa kekuatan yang diciptakan dari berjalan atau berlari ditransmisikan dari permukaan tulang di sepanjang pembuluh darah arteriol ke dalam sumsum di dalam tulang. Sel pembentuk tulang yang melapisi bagian luar arteriol merasakan kekuatan ini dan diinduksi untuk berproliferasi.
Ini tidak hanya memungkinkan pembentukan sel-sel tulang baru, yang membantu menebalkan tulang, tetapi sel-sel pembentuk tulang juga mengeluarkan faktor pertumbuhan yang meningkatkan frekuensi sel-sel yang membentuk limfosit di sekitar arteriol. Limfosit adalah sel B dan T yang memungkinkan sistem kekebalan tubuh melawan infeksi.
Ketika kemampuan sel pembentuk tulang untuk merasakan tekanan yang disebabkan oleh gerakan, juga dikenal sebagai kekuatan mekanik, dinonaktifkan, hal itu mengurangi pembentukan sel-sel tulang baru dan limfosit, menyebabkan tulang menjadi lebih tipis dan mengurangi kemampuan tikus untuk membersihkan tulang. infeksi bakteri.
“Seiring bertambahnya usia, lingkungan di sumsum tulang kita berubah dan sel-sel yang bertanggung jawab untuk menjaga massa tulang dan fungsi kekebalan tubuh menjadi terkuras. Kita hanya tahu sedikit tentang bagaimana lingkungan ini berubah atau mengapa sel-sel ini berkurang seiring bertambahnya usia,” kata Sean Morrison, Ph.D.D., direktur CRI dan Penyelidik Institut Medis Howard Hughes.
“Penelitian sebelumnya telah menunjukkan olahraga dapat meningkatkan kekuatan tulang dan fungsi kekebalan tubuh, dan penelitian kami menemukan mekanisme baru yang menyebabkan hal ini terjadi.”
Pekerjaan sebelumnya dari laboratorium Morrison menemukan sel induk kerangka yang memunculkan sebagian besar sel tulang baru yang terbentuk selama masa dewasa di sumsum tulang. Mereka adalah sel Reseptor Leptin+ (LepR+). Mereka melapisi bagian luar pembuluh darah di sumsum tulang dan membentuk faktor pertumbuhan penting untuk pemeliharaan sel-sel pembentuk darah.
Laboratorium Morrison juga menemukan bahwa subset sel LepR+ mensintesis faktor pertumbuhan pembentuk tulang yang sebelumnya belum ditemukan yang disebut Osteolektin. Osteolektin meningkatkan pemeliharaan kerangka dewasa dengan menyebabkan LepR+ membentuk sel-sel tulang baru.
Dalam studi saat ini, Bo Shen, Ph.D., seorang rekan postdoctoral di laboratorium Morrison, melihat lebih hati-hati pada subset sel LepR+ yang membuat Osteolektin.
Dia menemukan bahwa sel-sel ini berada secara eksklusif di sekitar pembuluh darah arteriolar di sumsum tulang dan bahwa mereka mempertahankan progenitor limfoid di dekatnya dengan mensintesis faktor sel induk (SCF) faktor pertumbuhan di mana sel-sel itu bergantung.
Menghapus SCF dari sel Osteolektin-positif menghabiskan progenitor limfoid dan merusak kemampuan tikus untuk meningkatkan respons imun terhadap infeksi bakteri.
“Bersama dengan pekerjaan kami sebelumnya, temuan dalam penelitian ini menunjukkan sel Osteolektin-positif menciptakan ceruk khusus untuk pembentuk tulang dan progenitor limfoid di sekitar arteriol. Intervensi terapeutik yang memperluas jumlah sel Osteolektin-positif dapat meningkatkan pembentukan tulang dan respons imun, terutama pada orang tua,” kata Shen.
Shen menemukan bahwa jumlah sel Osteolektin-positif dan progenitor limfoid menurun seiring bertambahnya usia. Ingin tahu apakah dia bisa membalikkan tren ini, Shen memasukkan roda lari ke dalam kandang agar tikus bisa berolahraga.
Dia menemukan tulang tikus ini menjadi lebih kuat dengan olahraga, sementara jumlah sel Osteolektin-positif dan progenitor limfoid di sekitar arteriol meningkat. Ini adalah indikasi pertama bahwa stimulasi mekanis mengatur ceruk di sumsum tulang.
Shen menemukan bahwa sel Osteolektin-positif mengekspresikan reseptor pada permukaannya yang dikenal sebagai Piezo1 yang memberi sinyal di dalam sel sebagai respons terhadap kekuatan mekanis. Ketika Piezo1 dihapus dari sel Osteolektin-positif tikus, sel-sel ini dan progenitor limfoid yang mereka dukung menjadi habis, melemahkan tulang dan merusak respons imun.
“Kami pikir kami telah menemukan mekanisme penting dimana olahraga meningkatkan kekebalan dan memperkuat tulang, di atas mekanisme lain yang sebelumnya diidentifikasi oleh orang lain,” kata Morrison.