Отчет об экспериментах был опубликован в сети окт. 23 в журнале Scientific Reports.
«Наши кости имеют ограниченный пул стволовых клеток, из которых можно извлечь новую кость», – говорит Аарон Джеймс, магистр медицины.D., Ph.D., доцент кафедры патологии Медицинского факультета Университета Джона Хопкинса и старший автор исследования. "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."
Регенеративная группа клеток, вместе известная как стволовые клетки, может развиться в различные типы клеток, включая те, которые составляют живые ткани, такие как кости.
Ученые давно искали способы манипулировать путями роста и развития этих клеток как у живого животного, так и в лаборатории, чтобы восстановить или заменить ткань, потерянную в результате болезни или травмы.
Предыдущие исследования, как указывает Джеймс, показали, что определенный тип стволовых клеток – периваскулярные стволовые клетки – имел способность превращаться в кости или жир, и с тех пор многочисленные исследования были сосредоточены на углублении понимания того, какие сигнальные белки управляют этим. изменение развития.
Из своих прошлых исследований Джеймс также знал, что белок WISP-1 играет ключевую роль в управлении стволовыми клетками.
В своих новых экспериментах Джеймс и его команда генетически модифицировали стволовые клетки, собранные у пациентов, чтобы блокировать производство белка WISP-1.
Изучая активность генов в клетках без WISP-1, они обнаружили, что четыре гена, вызывающие образование жира, были включены на 50-200 процентов выше, чем контрольные клетки, которые содержали нормальные уровни белка WISP-1.
Затем команда сконструировала стволовые клетки жировой ткани человека, чтобы вырабатывать больше белка WISP-1, чем обычно, и обнаружила, что три гена, контролирующих формирование костной ткани, стали вдвое активнее, чем в контрольных клетках, и гены, управляющие жиром, такие как рецептор гамма-рецептора, активируемый пролифератором пероксисом ( PPAR?) снизилась активность в пользу «костных генов» на 42 процента.
Обладая этой информацией, исследователи разработали эксперимент, чтобы проверить, можно ли использовать белок WISP-1 для улучшения заживления костей у крыс, перенесших тип сращения позвоночника – операцию, которую часто проводят людям для облегчения боли или восстановления стабильности. соединяя два позвонка металлическим стержнем так, чтобы они выросли в одну кость. По оценкам, в клинике U.S. каждый год, согласно U.S. Агентство медицинских исследований и качества.
«Такая процедура требует огромного количества новых костных клеток», – говорит Джеймс. «Если бы мы могли управлять созданием костных клеток в месте слияния, мы могли бы помочь пациентам быстрее выздороветь и снизить риск осложнений."
В своих экспериментах исследователи имитировали хирургическую процедуру на крысах, но, кроме того, они вводили между сросшимися костями позвоночника человеческие стволовые клетки с включенным WISP-1.
Через четыре недели исследователи изучили ткань позвоночника крыс и наблюдали сохраняющиеся высокие уровни белка WISP-1. Они также наблюдали формирование новой кости, успешно срастающей позвонки вместе, в то время как крысы, не получавшие стволовые клетки, производящие WISP-1, не показали никакого успешного слияния костей в то время, когда исследователи наблюдали.
«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», – говорит Джеймс.
По данным Управления главного хирурга, 1.5 миллионов американцев ежегодно страдают переломами от болезней костей.
Джеймс предупреждает, что, хотя трансплантация стволовых клеток в пораженные кости для их заживления становится все более популярной терапевтической целью, она еще не доказала свою безопасность или эффективность для людей.
Исследователи также планируют изучить, может ли снижение уровня белка WISP-1 в стволовых клетках предпочтительно способствовать развитию жировых клеток для заживления ран мягких тканей.