Співочі стовбурові клітини утворюють нову кісткову тканину
Нові дослідження виявили можливий спосіб маніпулювання певними стовбуровими клітинами для утворення нової кісткової тканини. Результати цього розслідування можуть значно покращити результати для людей із травмами скелета або станами, такими як остеопороз.
Стовбурові клітини - це недиференційовані клітини, які мають потенціал спеціалізуватися та виконувати будь-які функції.
Багато останніх досліджень зосереджено на тому, як найкраще використовувати стовбурові клітини в терапевтичних цілях. Дослідників особливо цікавить, як ними маніпулювати, створюючи нові тканини, які можуть успішно замінити пошкоджені набори клітин або ті, які вже не функціонують.
У новому дослідженні, проведеному в Медичній школі університету Джона Хопкінса в Балтіморі, доктор Аарон Джеймс та його команда вивчили механізми, які дозволяють певним типам стовбурових клітин, які відомі як "периваскулярні стовбурові клітини", утворювати нові кісткової тканини.
Ці стовбурові клітини, як правило, перетворюються або в жирову тканину, або в кісткову тканину. На сьогоднішній день незрозуміло, що саме визначає їх долю.
«Наші кістки мають обмежений масив стовбурових клітин, з яких можна взяти, щоб створити нову кістку. Якби ми змогли спонукати ці клітини до долі кісткової клітини і подалі від жиру, це було б значним прогресом у нашій здатності сприяти здоров’ю та оздоровленню кісток ».
Доктор Аарон Джеймс
Слідчі проводили свої дослідження на моделі щурів, а також на культурах клітин людини, і вони повідомляють про свої висновки в журналі Наукові звіти.
Білок, який керує клітинною долею
Попередні дослідження, проведені доктором Джеймсом, припустили, що певний сигнальний білок, який називається WISP-1, швидше за все, визначатиме долю периваскулярних стовбурових клітин, "повідомляючи" їм, чи утворювати вони жир або кісткову тканину.
У поточному дослідженні дослідники прагнули довести роль WISP-1 у визначенні долі стовбурових клітин шляхом генетичної модифікації набору людських стовбурових клітин, щоб зупинити їх від виробництва цього білка.
Коли вони порівнювали активність генів у сконструйованих стовбурових клітинах з активністю генів у клітинах, які все ще продукували WISP-1, дослідники підтвердили, що білок відіграв важливу роль. У клітинах без WISP-1 чотири гени, відповідальні за утворення жиру, мали на 50-200 відсотків вищий рівень активності, ніж у клітинах, які продовжували продукувати WISP-1.
Це також вказувало на те, що правильна доза цього сигнального білка може спонукати стовбурові клітини утворювати кісткову тканину замість жирової.
Як очікувалося, коли дослідники модифікували стовбурові клітини для збільшення продукції WISP-1, вони помітили, що три гени, що стимулюють ріст кісткової тканини, стали вдвічі активнішими порівняно з генами в стовбурових клітинах з нормальним рівнем сигнального білка.
У той же час активність генів, що стимулювали ріст жирової тканини - таких як гамма-рецептор, що активується проліфератором пероксисоми (PPARG) - була на 42 відсотки нижчою у стовбурових клітинах із підсиленням WISP-1, і це зниження відбулося на користь гени, що визначають ріст кісткової тканини.
Втручання стовбурових клітин показує обіцянку
На наступному етапі дослідження вчені використовували модель щурів, щоб визначити, чи може WISP-1 посилити загоєння кісток при спинномозковому зрощенні - вид медичного втручання, що вимагає з’єднання двох або більше хребців (кісток хребта) для формування єдиної кістки.
Терапевтичне використання спинного злиття полягає в поліпшенні болю в спині або стабільності хребта в контексті різних станів, які впливають на хребет, таких як сколіоз.
Зазвичай "така процедура вимагає величезної кількості нових кісткових клітин", - пояснює доктор Джеймс. "Якби ми могли скерувати створення кісткових клітин на місці зрощення, ми могли б допомогти пацієнтам швидше відновитися і зменшити ризик ускладнень", - зазначає він.
У поточному дослідженні вчені вводили щурам людські стовбурові клітини, які мали активний WISP-1. Вони робили це між хребцями, які мали з’єднатися в рамках процедури зрощення.
Через 4 тижні доктор Джеймс та його команда виявили, що тварини все ще виявляли високий рівень WISP-1 у спинномозковій тканині. Більше того, нова кісткова тканина вже утворювалася в потрібних місцях, дозволяючи хребцям «зварюватися».
І навпаки, щури, які отримували те саме хірургічне втручання, але без підсилення WISP-1, не представляли ніякого зрощення хребців протягом цього самого періоду.
"Ми сподіваємось, що наші висновки сприятимуть розвитку клітинної терапії для сприяння формуванню кісток після таких операцій, як і для інших травм скелета та таких захворювань, як зламані кістки та остеопороз", - заявляє доктор Джеймс.
Надалі дослідницька група також має на меті з’ясувати, чи може зниження рівня WISP-1 у стовбурових клітинах призвести до їх утворення жирової тканини, що може сприяти швидшому загоєнню ран.
