Белок стволовых клеток способствует заживлению костей

Учёные из США в проведённых на крысах экспериментах продемонстрировали, что регулируя сигналы клеточного белка WISP-1, отвечающего за образование жира и кости из стволовых клеток, можно управлять созданием костной ткани.


Исследователи из Школы медицины университета Джонса Хопкинса (Johns Hopkins University School of Medicine, сокр. JHUSOM) утверждают, что терапия с применением протеина, известного как WISP-1, может помочь быстрее заживлять переломы, ускорить хирургическое восстановление и, возможно, предотвратить потерю костной массы в результате старения, травм и различных заболеваний.

Результаты эксперимента были опубликованы в журнале Scientific Reports.

«В наших костях имеется ограниченный запас стволовых клеток, из которых можно создать новые кости», —  говорит Аарон Джеймс (Aaron James), доктор медицинских наук, доцент кафедры патологии в JHUSOM и старший автор исследования. «Если бы мы смогли стимулировать развитие костной ткани, а не жировой из этих клеток, это стало бы большим прогрессом в наших возможностях поддержания здоровья костей и в способствовании их заживлению».

Стволовые клетки (СК) известны своим потенциалом развития в различные типы клеток, включая клетки костной ткани. Учёные долгое время искали способы управления ростом и развитием СК как в организме, так и в лабораторных условиях, для восстановления или замены ткани, утраченной в результате заболевания или травмы.

Предыдущие исследования, проведённые другими группами, показали, что определенный тип СК, периваскулярные стволовые клетки, способны превращаться в кости или в жир. С тех пор многочисленные исследования были направлены на углубление понимания того, какие сигнальные белки управляют данным выбором развития.

В своих прошлых работах Аарон Джеймс показал, что белок WISP-1 играет ключевую роль в управлении стволовыми клетками.

Для нового исследования Джеймс и его команда получили от пациентов стволовые клетки, которые они затем генетически модифицировали для блокирования производства WISP-1. Изучая активность генов в клетках без WISP-1, они обнаружили, что активность четырёх генов, управляющих образованием жира, была выше на 50-200% по сравнению с контрольной популяцией клеток, содержавшей нормальные уровни WISP-1.

Затем исследователи сконструировали стволовые клетки человека, продуцировавшие повышенные уровни WISP-1. Они обнаружили, что три гена, контролирующих формирование кости, стали в два раза активнее, по сравнению с контрольной группой клеток. Также оказалось, что активность генов, отвечающих за образование жировой ткани, таких как гамма-рецептор, активируемый пролифераторами пероксисом (PPARγ), снизилась в пользу «костных генов» на 42%.

Исходя из полученных данных, исследователи провели эксперимент, чтобы проверить, можно ли использовать белок WISP-1 для улучшения заживления костей у крыс, которые подверглись процедуре спондилодеза.

Данная операция часто проводится для облегчения болей у пациентов и с целью фиксации тех отделов позвоночника, в которых было зарегистрировано смещение либо разъединение позвонков. При этом неподвижность (сращение) между соседними позвонками достигается при помощи установки между ними специального костного или металлического трансплантата.

По данным Агентства исследований и оценки качества медицинского обслуживания в США, только в Соединённых Штатах ежегодно проводится 391 000 операций по сращению позвоночника.

«Такая процедура требует огромного количества новых костных клеток», — говорит Джеймс. «Если бы мы могли управлять их созданием в месте сращения, мы могли бы помочь пациентам быстрее восстановиться и снизить риск осложнений».

В своих экспериментах исследователи имитировали на крысах хирургическое вмешательство, которое применяется для лечения людей. Однако, помимо этого, они вводили стволовые клетки человека с включенным WISP-1 между сращиваемыми позвонками.

Через четыре недели исследователи изучили ткани позвоночника крыс и обнаружили сохранение высоких уровней белка WISP-1. Они также отметили образование новой костной ткани, которая позволила успешно срастись позвонкам. В то же время крысы, не получившие инъекций стволовых клеток, продуцирующих WISP-1, не смогли продемонстрировать какого-либо успешного срастания костей за время наблюдения исследователей.

«Мы надеемся, что наши результаты будут способствовать развитию клеточной терапии, улучшающей формирование кости после подобных операций, а также других травм и заболеваний скелета, таких как переломы костей и остеопороз», — говорит Джеймс.

Исследователи также планируют изучить вопрос о том, может ли снижение уровня белка WISP-1 в стволовых клетках способствовать развитию жировых клеток для заживления ран мягких тканей.