`` Усовершенствование '' стволовых клеток для формирования новой костной ткани
Новое исследование выявило возможный способ манипулирования определенными стволовыми клетками для создания новой костной ткани. Результаты этого исследования могут значительно улучшить исход для людей с травмами скелета или такими заболеваниями, как остеопороз.
Стволовые клетки - это недифференцированные клетки, которые могут специализироваться и выполнять любую функцию.
Многие недавние исследования были сосредоточены на том, как лучше всего использовать стволовые клетки в терапевтических целях. Исследователи особенно заинтересованы в том, как манипулировать ими, чтобы создать новую ткань, которая может успешно заменить поврежденные наборы клеток или те, которые больше не функционируют.
В новом исследовании, проведенном Медицинской школой Университета Джона Хопкинса в Балтиморе, доктор медицины, доктор Аарон Джеймс и его команда изучили механизмы, которые позволяют определенным типам стволовых клеток, которые известны как «периваскулярные стволовые клетки», образовывать новые костная ткань.
Эти стволовые клетки имеют тенденцию превращаться либо в жировую, либо в костную ткань. На сегодняшний день неясно, что именно определяет их судьбу.
«Наши кости имеют ограниченный пул стволовых клеток, из которых можно извлечь новую кость. Если бы мы могли уговорить эти клетки изменить судьбу костных клеток и избавиться от жира, это стало бы большим шагом вперед в нашей способности способствовать здоровью и заживлению костей ».
Д-р Аарон Джеймс
Исследователи провели свои исследования на модели крыс, а также на культурах клеток человека, и они сообщают о своих выводах в журнале. Научные отчеты.
Белок, определяющий судьбу клеток
Предыдущие исследования, проведенные д-ром Джеймсом, показали, что особый сигнальный белок, называемый WISP-1, может управлять судьбой периваскулярных стволовых клеток, «сообщая» им, образовывать ли они жировую или костную ткань.
В текущем исследовании исследователи стремились доказать роль WISP-1 в определении судьбы стволовых клеток путем генетической модификации набора стволовых клеток человека, чтобы они не вырабатывали этот белок.
Когда они сравнили активность генов в созданных стволовых клетках с активностью генов в клетках, которые все еще продуцируют WISP-1, исследователи подтвердили, что белок играет важную роль. В клетках без WISP-1 четыре гена, ответственные за образование жира, имели на 50–200 процентов более высокий уровень активности, чем в клетках, продолжающих продуцировать WISP-1.
Это также указывает на то, что правильная дозировка этого сигнального белка может заставить стволовые клетки формировать костную ткань вместо жировой ткани.
Как и ожидалось, когда исследователи затем модифицировали стволовые клетки для увеличения выработки WISP-1, они заметили, что три гена, стимулирующие рост костной ткани, стали вдвое активнее, чем в стволовых клетках с нормальным уровнем сигнального белка.
В то же время активность генов, стимулирующих рост жировой ткани, таких как гамма-рецептор, активируемый пролифератором пероксисом (PPARG), была на 42 процента ниже в стволовых клетках с бустом WISP-1, и это снижение произошло в пользу гены, определяющие рост костной ткани.
Вмешательство стволовых клеток многообещающе
На следующем этапе исследования ученые использовали модель на крысах, чтобы определить, может ли WISP-1 ускорить заживление костей при спондилодезе - типе медицинского вмешательства, которое требует соединения двух или более позвонков (костей позвоночника) для образования единой кости.
Терапевтическое использование спондилодеза заключается в уменьшении боли в спине или стабильности позвоночника в контексте различных состояний, влияющих на позвоночник, таких как сколиоз.
Обычно «такая процедура требует огромного количества новых костных клеток», - объясняет доктор Джеймс. «Если бы мы могли управлять созданием костных клеток в месте слияния, мы могли бы помочь пациентам быстрее выздороветь и снизить риск осложнений», - отмечает он.
В текущем исследовании исследователи вводили крысам стволовые клетки человека с активным WISP-1. Они сделали это между позвонками, которые должны были соединиться в рамках процедуры слияния.
Спустя 4 недели доктор Джеймс и его команда обнаружили, что животные по-прежнему демонстрируют высокие уровни WISP-1 в тканях позвоночника. Более того, новая костная ткань уже формировалась в нужных местах, позволяя позвонкам «срастаться».
Напротив, у крыс, перенесших такое же хирургическое вмешательство, но без бустера WISP-1, в течение этого же периода не наблюдалось сращения позвонков.
«Мы надеемся, что наши открытия будут способствовать развитию клеточной терапии, способствующей формированию костей после операций, подобных этой, и при других травмах и заболеваниях скелета, таких как переломы костей и остеопороз», - заявляет доктор Джеймс.
В будущем исследовательская группа также намерена выяснить, может ли снижение уровня WISP-1 в стволовых клетках привести к образованию жировой ткани, которая может способствовать более быстрому заживлению ран.
