возможный способ манипулирования определенными стволовыми клетками для создания новой костной ткани. Их результаты могут значительно улучшить состояние людей с повреждениями скелета или остеопорозом.
Стволовые клетки – недифференцированные клетки, которые могут специализироваться и выполнять любую функцию. Многие недавние исследования были сосредоточены на том, как наилучшим образом использовать их в терапевтических целях. Ученые особенно заинтересованы в том, как манипулировать ими для создания новых тканей, которые могут успешно заменить поврежденные наборы клеток или те, которые больше не функционируют.
Исследователи провели свои исследования на мышах и клеточных культурах человека, и
сообщают о своих выводах в журнале Scientific Reports.
Многообещающий белок
Предыдущие исследования предполагали, что конкретный сигнальный белок WISP-1 может управлять судьбой периваскулярных стволовых клеток, «сообщая» им, формировать жировую или костную ткань. В текущем исследовании ученые пытались доказать роль WISP-1 в определении судьбы стволовых клеток путем генетической модификации набора стволовых клеток человека, чтобы они не могли продуцировать этот белок.
Когда они сравнили активность генов в сконструированных стволовых клетках с активностью генов в клетках, которые все еще продуцировали WISP-1, исследователи подтвердили, что белок играет важную роль. В клетках без WISP-1 четыре из генов, ответственных за образование жира, имели на 50–200 процентов более высокий уровень активности, чем в клетках, продолжающих продуцировать WISP-1.
Это также указывало на то, что правильная дозировка этого сигнального белка может заставить стволовые клетки образовывать костную ткань вместо жировой ткани. Как и ожидалось, когда исследователи затем модифицировали стволовые клетки для увеличения продукции WISP-1, они заметили, что три из генов, стимулирующих рост костной ткани, стали в два раза активнее по сравнению с генами 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% ниже в стволовых клетках с усилением WISP-1, и это снижение происходило в пользу гены, определяющие рост костной ткани.
Вмешательство стволовых клеток
На следующем этапе исследования ученые использовали модель на крысах, чтобы определить, может ли WISP-1 повысить эффективность заживления кости при сращении позвоночника, что является медицинским вмешательством, требующим объединения двух или более позвонков (костей позвоночника) для формирования одной кости. Терапевтическое использование сращения позвоночника заключается в облегчении 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 руководить созданием костных клеток в месте слияния, мы могли бы помочь пациентам быстрее восстановиться и снизить риск осложнений», – отмечает он.
В текущем исследовании вводили стволовые клетки человека с активным WISP-1, крысам между позвонками, которые должны были соединиться как часть процедуры слияния.
Через 4 недели доктор Джеймс и его команда обнаружили, что животные все еще демонстрируют высокий уровень WISP-1 в их тканях позвоночника. Более того, новая костная ткань уже формировалась в нужных местах, позволяя позвонкам становиться «сварными». У крыс, которые получили такое же хирургическое вмешательство, но без повышения WISP-1, не было никакого слияния позвонков в течение того же периода.
«Мы надеемся, что наши результаты будут способствовать развитию клеточной терапии, способствующей формированию кости после таких операций, как эта, и других травм и заболеваний скелета, как переломы костей и остеопороз», – заявил доктор Джеймс.
В будущем исследовательская группа также стремится выяснить, может ли снижение уровня WISP-1 в стволовых клетках привести к образованию жировой ткани, что может способствовать более быстрому заживлению ран.