Ilman luita kehosi olisi liukas pussi elimiä. Mutta jäykät luurankomallit, joita olet nähnyt luonnontiedon tunnilla (tai Halloween-koristeina), kertovat vain puolet tarinasta. Luuranko tekee muutakin kuin vain pitää sinut pystyssä, Laura Tosi selittää. Luut koostuvat elävistä, hengittävistä soluista. Niillä on monenlaisia tärkeitä tehtäviä, sanoo Tosi, joka johtaa Washingtonissa sijaitsevan Children’s National Medical Centerin luuterveysohjelmaa.
Pienet korvaluut johtavat ääniä, jotka auttavat meitä kuulemaan. Luuydin – pehmeä, hyytelömäinen aine, joka täyttää kehon pitkien luiden onttoja sisäosia – tuottaa verisoluja, sekä punaisia että valkoisia. Valkoiset verisolut taistelevat infektioita vastaan, kun taas punaiset verisolut kuljettavat happea kaikkialle elimistöön.
Viikoittaiset päivitykset, jotka auttavat sinua käyttämään Science News for Students -tiedelehteä oppimisympäristössä
Ja tämä on vasta alkua. Tutkijat ovat havainneet, että luut ”keskustelevat” muiden ruumiinosien kanssa yllättävillä tavoilla. Kun tutkijat paljastavat luuston salaisuuksia, he löytävät vihjeitä, jotka voivat auttaa heitä parantamaan sairauksia ja jopa kasvattamaan korvaavia luita.
Osteoblasteiksi kutsutut solut (ovaalinmuotoiset harmaat läiskät) luovat uutta luukudosta. Robert M. Hunt/Wikimedia Commons
Luurankomiehistö
Vartalosi muodon antava runko on yllättävän kiireinen. ”Luu on hyvin dynaaminen elin”, toteaa Mark Johnson. Hän on biokemisti Missouri-Kansas Cityn yliopistossa.
Kehon luusto muuttuu jatkuvasti. Remodelingiksi kutsutussa prosessissa vanha luu hajoaa, jotta uusi luu voi ottaa sen paikan. Lapsuuden aikana tämä prosessi mahdollistaa luiden kasvun ja muodonmuutoksen. Aikuisiällä uudelleenmuotoutuminen auttaa korjaamaan vaurioita ja estää luita haurastumasta.
Osteoklasteiksi kutsutut solut hajottavat vanhaa luuta resorptioksi kutsutussa prosessissa. Toiset solut, joita kutsutaan osteoblasteiksi, huolehtivat uuden luun muodostamisesta. Suurin osa luusoluista kuuluu kuitenkin kolmanteen tyyppiin. Niitä kutsutaan osteosyyteiksi, ja ne kertovat osteoblasteille ja osteoklasteille, mitä tehdä. ”Jos ajattelet uudelleenmuodostusta sinfoniana, osteosyytti on kapellimestari”, Johnson selittää.
Lapsuudessa ja varhaisaikuisuudessa elimistö muodostaa enemmän uutta luuta kuin se poistaa sitä. Tämä tarkoittaa, että massa eli luun määrä kasvaa. Ilmeisesti luumassaa on vaikea mitata, kun kehon muut kudokset ovat tiellä. Lääkärit arvioivat luun lujuutta mittaamalla luunpätkään pakkautuneen kovan mineraalin tiheyden. Mitä suurempi luun tiheys on, sitä vahvempi luusto on.
Ostesoluiksi kutsutut solut, joista yksi on kuvassa, toimivat kuin kapellimestarit sinfoniassa ja opastavat muita luusoluja, mitä tehdä. Wikimedia Commons
Voidakseen rakentaa lisää luuta solut tarvitsevat tiettyjä rakennusaineita. Erityisen tärkeä niistä on kalsium. Vahvat luut ovat riippuvaisia tästä mineraalista, jota on maitotuotteissa ja monissa kasviksissa. Luut toimivat myös elimistön kalsiumin varastona, jota käytetään monessa paikassa. Kalsium esimerkiksi ohjaa kemiallista reaktiota, joka saa sydämen sykkimään. Kun ruokavalio ei tarjoa riittävästi kalsiumia, elimistö varastaa mineraalia luustosta. Se voi heikentää luita.
Luita on myös vaikea saada terveiksi ilman riittävästi D-vitamiinia, joka auttaa elimistöä ottamaan kalsiumia. Monilla ihmisillä on kuitenkin liian vähän D-vitamiinia, minkä seurauksena heidän luustonsa voivat ohentua ja muuttua epämuodostuneiksi.
Luuston rakentamisessa ”liikunta on kuitenkin tärkeintä”, Tosi kertoi Science News for Studentsille. Painoa kantavat harjoitukset, kuten kävely, juoksu, hyppiminen ja painojen nostaminen, ovat hyviä luumassan kasvattamiseen. Liikunnalla on itse asiassa niin suuri merkitys, että tenniksen ammattilaisilla on itse asiassa vahvemmat luut siinä kädessä, jota he käyttävät mailansa heiluttamiseen.
Liikunta luultavasti vahvistaa luita monella tavalla, Johnson sanoo. Painoa kantava liikunta aiheuttaa luustolle pieniä vaurioita. Osteoblastit reagoivat rakentamalla uutta luuta vaurioiden korjaamiseksi. Se on kuin kuoppien päällystäminen kuoppaisella tiellä. Tämä uudelleen päällystäminen johtaa tiheämpiin ja vahvempiin luihin.
Luut, tässä röntgenkuvassa, näyttävät valkoisilta niiden sisältämän kalsiumin vuoksi. Asja/Flickr
Luun ja lihaksen väliset keskustelut
Mutta pienten vaurioiden päällystäminen selittää vain osan liikunnan hyödystä luustolle. Viime vuosina Johnsonin ryhmä on osoittanut, että tie vahvempiin luihin on paljon monimutkaisempi. Tutkijat etsivät ennen vastauksia vain luista, hän sanoi. Kävi kuitenkin ilmi, että myös lihaksilla on jotain sanottavaa luun käyttäytymisestä.
Johnsonin työryhmä sekä tutkijat muissa laboratorioissa ovat havainneet signalointia – eräänlaista kemiallista rupattelua – joka tapahtuu näiden kahden kudostyypin välillä. Luut näyttävät lähettävän signaaleja, jotka vaikuttavat siihen, miten lihakset toimivat. Lihakset puolestaan lähettävät signaaleja, jotka muuttavat luusolujen toimintaa.
Lihakset tuottavat molekyylejä, jotka vaikuttavat osteosyyttien eli johtimien toimintaan, Johnsonin ryhmä on havainnut. (Molekyyli on ryhmä atomeja, joita kemialliset sidokset pitävät yhdessä. Molekyylit muodostavat kaiken, kehon soluista ja muovien rakennusaineista maapallon ilmakehän kaasuihin.)
Johnson epäilee, että lihakset tuottavat monia molekyylejä, jotka vaikuttavat luihin. Hän pyrkii tunnistamaan nämä ja sen, mitä viestejä ne lähettävät luihin. Jos hän onnistuu, jonain päivänä voi olla mahdollista löytää lääkkeitä tai muita hoitomuotoja, jotka tehostavat näitä viestejä. Näin lääkärit voisivat esimerkiksi ohjata osteoblasteja tuottamaan enemmän uutta luuta. Se voisi vahvistaa koko luustoa.
Tällaiset hoidot voisivat auttaa vahvistamaan heikkoja ja hauraita luita. Tätä osteoporoosiksi kutsuttua sairautta esiintyy monilla iäkkäillä ihmisillä, ja se voi johtaa siihen, että luut murtuvat helposti.
Mutta tämä tutkimus voisi auttaa myös nuorempia ihmisiä, joilla on sairauksia, jotka heikentävät tai vahingoittavat luita. Yksi esimerkki on haurausluusairaus. Kuten nimikin kertoo, tätä sairautta sairastavilla syntyneillä ihmisillä on herkät luut, jotka murtuvat helposti. Tällä hetkellä siihen ei ole olemassa parannuskeinoa.
Osteoporoosi on sairaus, joka aiheuttaa kyykistynyttä ryhtiä, pituuskasvun menetystä ja ohuita, heikkoja luita, jotka murtuvat helposti. Nuolet osoittavat luun kasvua (vasemmalla) ja luun kutistumista (oikealla). Wikimedia Commons
Luun rakentaminen kehon ulkopuolella
Kyky ohjata kehoa kasvattamaan luustoa voisi auttaa ihmisiä, joilla on useita luustosairauksia. Mutta joskus uusien luiden rakentaminen tyhjästä olisi vielä parempaa. New Yorkissa sijaitsevan Columbian yliopiston tutkijat pyrkivät tekemään juuri niin.
Yksi motivaatioksi on Treacher Collinsin oireyhtymää sairastavien auttaminen. Tämä sairaus aiheuttaa kasvojen luiden epänormaalin kasvun. Oireyhtymään syntyneillä ihmisillä on yleensä pienet tai puuttuvat poskiluut. Tämä antaa heidän kasvoilleen roikkuvan ilmeen.
Lääkärit voivat korvata nämä epämuodostuneet luut tai lisätä puuttuvaa luuta leikkauksella. Se vaatii luun ryöstämistä muista kehon osista. Kirurgit voivat esimerkiksi leikata irti palan lonkkaluuta. Muotoiltuaan sen joksikin poskiluuta muistuttavaksi he istuttavat sen kasvoihin.
Tämä ei kuitenkaan ole ihanteellista. Ensinnäkin se vahingoittaa lonkkaa. Lainattua luuta voi myös olla vaikea muotoilla täydelliseksi poskeksi tai leuaksi.
Sen vuoksi Columbian tutkimusryhmä kasvattaa korvaavaa luuta laboratoriossa. Ensin he luovat telineen eli kehikon lehmän luusta, josta on poistettu elävät solut. He veistävät telineen niin, että se on normaalin, terveen version muotoinen siitä luusta, jonka he haluavat korvata tai lisätä. Sitten he ottavat kantasoluja potilaan kehosta.
Kantasolut ovat erityisiä siinä mielessä, että ne voivat kypsyä moniksi erilaisiksi solutyypeiksi, myös luuksi. Columbian tutkimusryhmä kerää kantasoluja potilaalta otetusta rasvasta. He levittävät nämä solut telineeseen ja syöttävät niille sitten ravinteita, joita ne tarvitsevat kasvaakseen luusoluiksi. Muutaman viikon kuluttua kirurgit istuttavat luisen telineen potilaan kasvoihin.
Siellä uusi luu jatkaa kasvamistaan implantin sisään. Ajan myötä uusi luu syö telineen kokonaan pois. Lopulta jäljelle jäävät vain potilaan luusolut, Sarindr Bhumiratana kertoi Science News for Studentsille. Hän on biolääketieteen insinööri ja yksi Columbian yliopistossa luun kehityshankkeen parissa työskentelevistä tutkijoista.
Francis Smith syntyi Treacher Collinsin oireyhtymään, joka on sairaus, joka vaikuttaa kasvojen luustoon ja kudoksiin. Hän on kuvassa oikealla vuonna 1978 2-vuotiaana, ennen leikkauksia. Vasemmalla: Smith nykymuodossaan yli 20 kasvoleikkauksen jälkeen. Hän tutkii nykyään kraniofasiologiaa Calgaryn yliopistossa Kanadassa. Francis Smith
Tutkijat ovat toistaiseksi kasvattaneet ja istuttaneet luita vain sioille. Pian he aikovat kuitenkin testata tätä tekniikkaa ihmisillä.
Ei kovin kaukaisessa tulevaisuudessa ihmiset, joilla on kasvojen epämuodostumia, voivat ehkä saada uudet leukaluut tai poskiluut rakennettua tyhjästä. ”Tulevaisuuden tiede on jännittävää”, Bhumiratana sanoi, ”ja siitä tulee hauskaa.”
Johnson, Bhumiratana ja heidän kollegansa työskentelevät saadakseen vielä lisää salaisuuksia luista. He toivovat, että he voivat pian päästää nuo luurangot ulos kaapista.
Voimasanat
biolääketieteen insinööri Asiantuntija, joka käyttää tiedettä ja matematiikkaa löytääkseen ratkaisuja biologian ja lääketieteen ongelmiin. Hän voi esimerkiksi luoda lääkinnällisiä laitteita, kuten tekopolvia, tai keksiä uusia tapoja tuottaa kudoksia elimistössä käytettäväksi.
luuydin Pehmeä, rasvainen aine luiden sisällä, josta syntyy verisoluja.
Columbian yliopiston tutkijat kasvattavat räätälöityjä luita keskellä olevissa harmaanvärisissä säiliöissä. Pumppu (vasemmalla) kylvettää luusoluja erityisnesteillä ja ravintoaineilla (punaisella värillisellä nesteellä, oikealla) auttaakseen niitä kasvamaan. Sarindr Bhumiratana
Luumassa Luuston paino.
Luun mineraalitiheys Mittaa kalsiumin ja muiden kivennäisaineiden määrää, joka on pakattu luunpätkään.
hauraan luun tauti Syntymästä lähtien esiintyvä geneettinen sairaus, joka aiheuttaa heikkoja, hauraita luita; varhaista kuulon heikkenemistä ja lyhyt pituus. Sen uskotaan vaikuttavan 25 000-50 000 amerikkalaiseen. Oireet voivat vaihdella lievistä mahdollisesti tappaviin.
kalsium Kemiallinen alkuaine, jota useimmat eliöt tarvitsevat kasvaakseen.
molekyyli Sähköisesti neutraali atomiryhmä, joka edustaa pienintä mahdollista määrää kemiallista yhdistettä. Molekyylit voivat koostua yhdenlaisista atomeista tai erityyppisistä atomeista. Esimerkiksi ilman happi koostuu kahdesta happiatomista (O2), mutta vesi koostuu kahdesta vetyatomista ja yhdestä happiatomista (H2O).
osteoblasti Solut, jotka syntetisoivat uutta luukudosta.
osteoklasti Solut, jotka hajottavat ja poistavat vanhaa luukudosta.
osteosyytti Yleisin luusolutyyppi. Ohjaa osteoblastien ja osteoklastien toimintaa.
osteoporoosi Sairaus, joka aiheuttaa heikkoja, hauraita luita, jotka murtuvat helposti.
kantasolu ”Tyhjä solu” solu, joka voi synnyttää muita solutyyppejä elimistössä. Kantasoluilla on tärkeä rooli kudosten uudistumisessa ja korjautumisessa.
kudos Mikä tahansa soluista koostuva erilainen materiaalityyppi, josta eläimet, kasvit tai sienet koostuvat.
Treacher Collinsin oireyhtymä Perinnöllinen sairaus, joka vaikuttaa luiden ja muiden kasvojen kudosten kehitykseen. Oireyhtymään sairastuu arviolta yksi 50 000 ihmisestä, ja se aiheuttaa kasvojen epämuodostumia ja joskus kuulon heikkenemistä ja suulakihalkioita.
D-vitamiini Niin sanottu auringonpaistevitamiini, jota iho valmistaa tätä kemikaalia altistuessaan tietyille auringonvalon ultraviolettiaallonpituuksille. Ihossa valmistettu muoto ei ole aktiivinen, vaan pikemminkin esiaste, joka voidaan varastoida kehon rasvaan, kunnes sitä tarvitaan. Tämän vitamiinin aktiivinen muoto on hormoni, joka auttaa luita ottamaan kalsiumia. Aktiivisella muodolla on myös merkitystä monien kroonisten sairauksien torjunnassa lihasten rappeutumisesta ja diabeteksesta tiettyihin syöpätyyppeihin ja iensairauksiin. Ihmiset, jotka eivät vietä paljon aikaa ulkona tai jotka käyttävät aurinkosuojavoidetta ollessaan ulkona, eivät välttämättä saa ihanteellisia määriä D-vitamiinia. Harvat elintarvikkeet sisältävät myöskään luonnostaan runsaasti tätä vitamiinia. Niinpä valmistajat täydentävät joitakin yleisesti kulutettuja elintarvikkeita, erityisesti maitoa ja joitakin appelsiinimehuja, D-vitamiinilla.
Sanahaku (klikkaa tästä suuremmaksi tulostusta varten)
