Стволовые клетки помогают в формировании хряща

Травмы хряща трудно поддаются лечению. В настоящее время  хирургическое лечение подразумевает перенос части здоровых тканей на поврежденный участок, но эта процедура сопровождается повреждением здорового хряща. Следует помнить, что состояние хрящей может ухудшаться с возрастом.

Биоинженеры заинтересованы в том, чтобы найти пути для выращивания полноценного хряща из собственных стволовых клеток пациента. Этому было посвящено новое исследование, проведенное специалистами из Университета Пенсильвании, а также учеными из School of Engineering and Applied Science и Департамента Ортопедической Хирургии в Медицинской Школе Penn's Perelman. Результаты работы опубликованы в Трудах Национальной академии наук.

Сегодня медицинское сообщество пытается разработать новые методы лечения, связанные с заменой хрящевой ткани. «Мы начали нашу работу с лечения «фокусных дефектов», например, спортивных травм. Надеемся, что в дальнейшем мы найдем способы кардинального лечения и деградации хряща, которая происходит с возрастом», - отметил один из авторов исследования. Сейчас ученые пытаются найти правильную среду для взрослых стволовых клеток, чтобы вырастить хрящ, обладающий наилучшими качествами.

С возрастом жизнеспособность клеток хряща снижается. Пока эффективность ремонта хряща взрослыми хондроцитами (клетками, из которых состоит хрящ) на самом деле низкая. Поэтому для этой цели идеально подходят мезенхимальные стволовые клетки, которые уже давно изучены. Это вид взрослых стволовых клеток, которые содержатся в костном мозге. Данные клетки способны превратиться в костные, жировые или клетки хрящевой ткани.

Группу ученых особенно интересовала среда, в которой эти стволовые клетки могли бы успешно дифференцироваться (т.е. превращаться в нужные клетки). Ученые попытались имитировать естественные условия, в которых происходит рост стволовых клеток. Первым шагом в выращивании нового хряща является инициация хондрогенеза, иными словами, необходимо убедить мезенхимальные стволовые клетки превратиться в хондроциты, которые, в свою очередь, составят губчатую матрицу из коллагена и сахаров, являющуюся амортизационной подушкой суставов.

Одной из проблем при выращивании хряща для дальнейшей подсадки пациенту является дифференциация стволовых клеток. В реальности формирование хрящей начинается с клеток, которые находятся в непосредственной близости. Оказывается, клетки должны через специальные сигналы взаимодействовать друг с другом. Но для выращивания хряща клетки помещаются в систему на значительном расстоянии, поэтому они теряют возможность взаимодействия посредством передачи сигнала. Тогда ученые подумали о кадгеринах - специальных «сигнальных» молекулах, которые эти клетки используют для взаимодействия друг с другом.

Для создания необходимой клеткам среды исследователи использовали пептидную последовательность, которая имитирует кадгериновые взаимодействия. Хотя прямой связи между кадгеринами и хондрогенезом пока не обнаружено, то, что уже известно ученым, поможет улучшить взаимодействие межу клетками на ранних стадиях образования ткани, таким образом - получится более качественная хрящевая ткань. Если же блокировать эти взаимодействия, то формирование хряща затормозится. Ученые использовали в эксперименте специальный гель, который проделывает с клеткой некий трюк - она думает, что ее «друзья» рядом и начинает превращение в клетку хряща.

Чтобы проверить эффективность пептидов, имитирующих кадгерины, исследователи инкапсулировали мезенхимальные стволовые клетки в некоторые виды гелей, в том числе в обычный гидрогель без пептида, а также в одном из экспериментов использовали антитела, которые заблокировали кадгериновые взаимодействия.

Через неделю у клеток в геле, содержащем кадгерининовый пептид, появилось больше генетических маркеров хондрогенеза, чем в других опытных системах. Во втором эксперименте клетки в геле выращивались в течение 4 недель - это достаточное время, чтобы началось создание хрящевого матрикса. Данное исследование позволило ученым провести функциональные пробы, к примеру, опытные образцы подвергались механическим нагрузкам.

Ученые обнаружили, что клетки в гелях, содержащих пептиды, наибольшим образом походят на природный хрящ, нежели при использовании других гелей. Исследователи также протестировали систему на предмет наличия молекул коллагена и хондроитин сульфата, которые являются частью хрящевого матрикса. И снова гели с «сигнальными» пептидами содержали больше маркеров формирования этих субстанций по сравнению с контрольными образцами.

Проведенные эксперименты продемонстрировали, что сигналы кадгерина могут улучшить хондрогенез (синтез хряща). Сейчас важно узнать, как эти клетки поведут себя в долгосрочной перспективе и будут исполнять функции ткани в естественных условиях (в организме).

Автор материала Елена Васильева, врач общей практики специально для Spinet.ru

Также стоит почитать: