Investigadores identifican el mecanismo por el cual el ejercicio fortalece los huesos y la inmunidad

Los científicos del Instituto de Investigación del Centro Médico Infantil de Universidad de Texas Southwestern (CRI) han identificado el entorno especializado, conocido como nicho, en la médula ósea donde se producen nuevos huesos y células inmunitarias. El estudio, publicado en la revista 'Nature', también muestra que la estimulación inducida por el movimiento es necesaria para el mantenimiento de este nicho, así como el hueso y las células formadoras de inmunidad que contiene. Juntos, estos hallazgos identifican una nueva forma en que el ejercicio fortalece los huesos y la función inmunológica.

Los investigadores del Laboratorio del profesor Morrison descubrieron que las fuerzas creadas al caminar o correr se transmiten desde las superficies óseas a lo largo de los vasos sanguíneos arteriolares hasta la médula dentro de los huesos. Las células formadoras de hueso que recubren el exterior de las arteriolas detectan estas fuerzas y son inducidas a proliferar.

Esto no solo permite la formación de nuevas células óseas, lo que ayuda a engrosar los huesos, sino que las células formadoras de hueso también secretan un factor de crecimiento que aumenta la frecuencia de las células que forman linfocitos alrededor de las arteriolas. Los linfocitos son las células B y T que permiten al sistema inmunológico combatir las infecciones.

Cuando se inactivó la capacidad de las células formadoras de hueso para detectar la presión causada por el movimiento, también conocida como fuerzas mecánicas, se redujo la formación de nuevas células óseas y linfocitos, lo que hizo que los huesos se volvieran más delgados y redujera la capacidad de los ratones para eliminar un infección bacteriana.

"A medida que envejecemos, el entorno de nuestra médula ósea cambia y las células responsables de mantener la masa ósea esquelética y la función inmunológica se agotan. Sabemos muy poco sobre cómo cambia este entorno o por qué estas células disminuyen con la edad --señala Sean Morrison, director del CRI e investigador del Instituto Médico Howard Hughes--. Investigaciones anteriores han demostrado que el ejercicio puede mejorar la fuerza ósea y la función inmunológica, y nuestro estudio descubrió un nuevo mecanismo por el cual esto ocurre".

El trabajo anterior del laboratorio de Morrison descubrió las células madre esqueléticas que dan lugar a la mayoría de las nuevas células óseas que se forman durante la edad adulta en la médula ósea. Son células del receptor de leptina + (LepR +). Forman el exterior de los vasos sanguíneos en la médula ósea y forman factores de crecimiento críticos para el mantenimiento de las células productoras de sangre.

El laboratorio de Morrison también descubrió que un subconjunto de células LepR + sintetizan un factor de crecimiento formador de hueso no descubierto previamente llamado osteolectina. La osteolectina promueve el mantenimiento del esqueleto adulto al hacer que LepR + forme nuevas células óseas.

En el estudio actual, Bo Shen, becario postdoctoral en el laboratorio de Morrison, analizó más detenidamente el subconjunto de células LepR + que producen osteolectina. Descubrió que estas células residen exclusivamente alrededor de los vasos sanguíneos arteriolares en la médula ósea y que mantienen progenitores linfoides cercanos sintetizando el factor de células madre (SCF), un factor de crecimiento del que dependen esas células. La eliminación de SCF de las células positivas para osteolectina agotó los progenitores linfoides y socavó la capacidad de los ratones para montar una respuesta inmune a la infección bacteriana.

"Junto con nuestro trabajo anterior, los hallazgos de este estudio muestran que las células positivas para osteolectina crean un nicho especializado para los progenitores linfoides y formadores de hueso alrededor de las arteriolas --resalta Shen--. Las intervenciones terapéuticas que amplían la cantidad de células positivas para osteolectina podrían aumentar la formación ósea y las respuestas inmunitarias, especialmente en los ancianos".

Shen descubrió que el número de células progenitoras linfoides y células positivas para osteolectina disminuía con la edad. Con curiosidad por si podía revertir esta tendencia, puso ruedas en las jaulas para que los ratones pudieran hacer ejercicio. Descubrió que los huesos de estos ratones se fortalecían con el ejercicio, mientras que aumentaba la cantidad de células positivas para osteolectina y progenitores linfoides alrededor de las arteriolas. Esta fue la primera indicación de que la estimulación mecánica regula un nicho en la médula ósea.

Descubrió que las células positivas para osteolectina expresaban un receptor en sus superficies, conocido como Piezo1, que envía señales dentro de la célula en respuesta a fuerzas mecánicas. Cuando se eliminó Piezo1 de las células de ratones con osteolectina positiva, estas células y los progenitores linfoides que sustentan se agotaron, debilitando los huesos y alterando las respuestas inmunes.

"Creemos que hemos encontrado un mecanismo importante por el cual el ejercicio promueve la inmunidad y fortalece los huesos, además de otros mecanismos previamente identificados por otros", destaca Morrison.