$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Kemik, kemik emici osteoklastları ve kemik oluşturan osteoblastları içeren sürekli yeniden şekillenmeye uğrayan dinamik bir dokudur. Daha da önemlisi, bu süreçler hematopoietik hücreler ve kemik iliği adipositleri gibi kemik iliği boşluğunda bulunan diğer hücrelerle birleştirilir. Kemik döngüsündeki bir kopukluk, iskelet kırılganlığına ve ardından kırıklarda artışa neden olur1. Son çalışmalar, hem kemik oluşumunu hem de kemik erimesini düzenlemek için metabolik substratların ve enerjik metabolizmanın önemini göstermiştir 2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15, 16,17. Metabolik yolları hedeflemek, çeşitli kanserleri tedavi etmek için kullanılır ve kırık insidansının artmasına neden olan çeşitli durumlarla mücadele etmek için uygulanabilecek kışkırtıcı bir araç olabilir18. Bu nedenle, tüm kemik hücrelerinde hücresel metabolizmanın tam olarak anlaşılması önemlidir. Ne yazık ki, kemik hücrelerini doğal ortamlarında incelemek, mineralize doku içindeki lokalizasyonları nedeniyle zordur. Mineralize olmayan dokularla karşılaştırıldığında, kemiği işlemek için gereken gerekli adımlar, metabolik durumlarının moleküler ve mekanik çalışmalarını zorlaştırır. Bu nedenle, bu koleksiyon, iskelet nişlerinden izole edilen hücrelerde metabolik yolları izlemek için kullanılan yerleşik teknikleri vurgulamayı amaçlamaktadır.
"Osteoenerjetik", osteoblastların metabolik süreçlerini ve biyoenerjetik potansiyelini tanımlar ve aktif bir bilimsel ilgi ve araştırma alanı olmaya devam etmektedir. Bununla birlikte, hücrelerin ATP yapma ve kullanma yeteneğinden önce, önce enerjik substratlar edinilmelidir. Bu koleksiyondaki üç makale, kemik hücreleri içindeki spesifik substrat kaderlerini izlemek için kullanılan yöntemleri vurgulamaktadır. İlk olarak, Shen ve Karner19, kültürlenmiş hücrelerde amino asit tüketimini in vitro veya izole edilmiş kemiklerde ex vivo olarak değerlendirmek için teknikleri tanımlar. In vitro sistemde, kültürlenmiş ST2 hücreleri, önceden belirlenmiş bir süre boyunca L-[3,4-3 H]-glutamin ile inkübe edilir ve glutamin alımı, bir sintilasyon sayacı kullanılarak ölçülür. Benzer şekilde, ex vivo sistemde, yenidoğan farelerden toplanan kemikler radyo etiketli amino asitlerle inkübe edilir ve amino asit alımı bir sintilasyon sayacı kullanılarak tahmin edilir. Bu yöntemler, kemik hücrelerinde veya izole kemiklerde amino asit alımının hızlı ve hassas bir şekilde değerlendirilmesine olanak tanır. Daha da önemlisi, bu yöntemler farklı amino asitleri veya diğer enerjik substratları değerlendirmek ve çeşitli bilimsel soruları test etmek için kolayca değiştirilebilir.
Amino asitlere ek olarak, glikoz ve uzun zincirli yağ asitleri (LCFA), yoğun bir hücresel enerji veya ATP kaynağını temsil eder. Bu kapasitede, LCFA, karnitin palmitoil transferaz (CPTI/II) yoluyla mitokondriye girer, burada β-oksidasyon yoluyla kolayca oksitlenirler ve daha sonra ATP vermek için trikarboksilik asit (TCA) veya oksidatif fosforilasyon döngüsüne girebilirler. Bu kimyasal reaksiyonlar dizisi sonuçta karbonun, ölçülmesi zor olan gaz halindeki karbondioksit (CO2) olarak salınmasına neden olur. Song ve ark. ve Kim ve ark. oksidasyon işleminde üretilen metabolitleri ölçmek için iki ilgili yöntemi ustalıkla tanımlar20,21. Her iki teknik de, salınan 14CO2'yi ölçmek için bir "yakalama" aracı olarak 14C etiketli bir karbon substrat ve filtre kağıdı kullanır. Bununla birlikte, her yöntem, benzersiz kültür kaplarını ve veri normalleştirme tekniklerini tanımladıkları için eşit derecede önemlidir. Ek olarak, Song ve ark.20 substrat oksidasyonunun nasıl hesaplanacağını açıklarken, Kim ve ark.21 asitte çözünen metabolitleri ölçmek için ek bir yöntem içermektedir.
Bu izleme çalışmaları, araştırmacının çeşitli substratların metabolik kaderini belirlemesine olanak tanır. Tamamlayıcı olarak, Jayapalan ve ark.22 , mitokondriyal solunum yoluyla glikoliz ve oksidatif fosforilasyon dahil olmak üzere metabolik süreçleri izlemek için metabolik akış analizlerini kullanır. Bu ekipman, canlı hücre kültürlerinde oksijen ve pH'ı gerçek zamanlı olarak temel olarak ölçer. Bu nedenle, primer kemik iliği stromal hücrelerinin (BMSC'ler) osteoblast farklılaşması yoluyla kültürlenmesiyle, metabolik yollar izlenirken çeşitli deneyler yapılabilir23. Bu teknik, araştırmacıların deneyleri belirli bilimsel sorulara uyarlamasına ve aynı zamanda ATP oranı, yakıt/substrat kullanımı, mitokondriyal solunum ve glikolitik hız tahlilleri dahil olmak üzere standartlaştırılmış protokolleri takip etmesine olanak tanıyan dört farklı enjeksiyonla gerçekleştirilebilir. Son olarak, bu deneylerin çoğu doğası gereği mekanik olduğundan, diğer hücre tipleri tarafından kontaminasyon olmadan homojen bir hücre popülasyonunun korunması zorunludur. Kemik hücresi metabolik süreçlerini izlemek için kullanılan in vitro hücre kültürü sistemlerinin birçok doğal sınırlaması vardır. Guo ve Wu24 , standart BMSC kültürleri sırasında ortaya çıkan sınırlamalara mükemmel bir genel bakış sunar ve stromal hücre popülasyonlarını zenginleştirmek ve hipoksi kullanarak hematopoietik kontaminasyonu en aza indirmek için ayrıntılı bir yönteme katkıda bulunur.
Özetle, bu koleksiyon, hem in vitro hem de ex vivo çeşitli iskelet modellerinde substrat kullanımını ve biyoenerjetik kapasiteyi izleme tekniklerini göstermektedir. Bu yöntemlerin çoğu hücre kültürü sistemleri kullanılarak gerçekleştirilir ve bu nedenle yapay ortam nedeniyle sınırlamalarla ortaya çıkar. Birincil hücrelerin daha fizyolojik bir sisteme izin verdiği doğru olsa da, bu hücreler genellikle aşırı konsantrasyonlarda metabolik substratlar içeren ortamlarda ve hatta bazen kontamine hücre popülasyonlarında yüksek oksijende kültürlenir. Bu nedenle, bu mekanik deneylerin ek in vivo verilerle desteklenmesi kritik öneme sahiptir. Bununla birlikte, bu heyecan verici araştırma alanının faydalı olduğu zaten kanıtlanmıştır. Bu bağlamda, patolojik metabolik süreçlere karşı "normal" süreçleri karakterize etmeye devam etmek umut verici bir bilimsel niştir. Ayrıca, kemik hücrelerinin çeşitli substratları nasıl, neden ve ne zaman kullandığını ve bunların genel kemik sağlığı üzerindeki etkilerini anlamak için osteoenerjetik ve metabolizmayı incelemek, terapötik hedefler için geniş bir alan açar. Bu amaçla, osteoporozu tedavi etmek için kullanılan birinci nesil anti-rezorptif bifosfonatların (yani etidronat ve klodronat) osteoklast enerjilerini etkilediği bulunmuştur. Yaygın olarak reçete edilen bu ilaçlar, genel kemik sağlığını etkilemek ve hastanın yaşam kalitesini iyileştirmek için metabolik yollardan nasıl yararlanılabileceğinin mükemmel bir örneğini temsil etmektedir. Antirezorptif tedavilere ek olarak, sırasıyla PTH ve WNT yollarını aktive eden FDA onaylı iki anabolik tedavi vardır: Teriparatid ve Romosozumab. Hem PTH hem de WNT, osteoblastlarda glutamin alımını ve metabolizmasını uyarır 6,11,25,26. Bunun terapötik etkilerini vurgulayarak, glutamin metabolizması aktivitesini farmakolojik veya genetik olarak inhibe etmek, WNT veya anabolik PTH tedavilerine yanıt olarak kemik oluşumunu azaltır 6,11. Bu nedenle, kemik hücrelerinde metabolizma ve biyoenerjetik çalışmak için sürekli araştırma yapılması gerekmektedir. Bu koleksiyonda açıklanan teknikler, kemik hücrelerinde osteoenerjetik ve metabolizma ile ilgili çeşitli bilimsel soruları ele almak için bir temel sağlar.