Новый препарат BP-NELL-PEG помог успешно обратить вспять потерю костной массы при остеопорозе. По словам ученых, в будущем его можно будет использовать во время космических полетов.
Находясь на низкой околоземной орбите, космонавты теряют примерно один процент костной массы в месяц, что может стать критически важным фактором, ставящим под вопрос долгожданные длительные полеты в космос, например на Луну и Марс. Ученые упорно пытаются преодолеть эту проблему, и недавно свой вклад сделали ортопеды, хирурги и биоинженеры из Медицинской школы Дэвида Геффена при Калифорнийском университете (Лос-Анджелес, США), а также их коллеги из Школы стоматологии Германа Остроу при Университете Южной Калифорнии и Исследовательского центра Эймса NASA.
«Основные риски для здоровья в космических полетах — воздействие микрогравитации, высокие уровни радиации и системные изменения в биологических жидкостях. Все это провоцирует физиологические ухудшения, включая атрофию мышц, слабость костей, снижение иммунитета, изменение зрения и сердечно-сосудистые заболевания. В частности, микрогравитация вызывает потерю костной массы в 12 раз быстрее, чем на Земле. <…> Это повышает вероятность переломов во время длительного космического полета и в более позднем возрасте. В основе нынешней стратегии NASA по смягчению последствий — механическая нагрузка, вызванная физическими упражнениями, для стимулирования функций остеогенных клеток, образующих костную ткань, и ингибирования функций остеокластов, а также для поддержки формирования костей. Но такая стратегия, вероятно, несовершенна», — объяснили ученые.
В исследовании, опубликованном в журнале npj Microgravity, они рассказали об испытаниях препарата, который представляет собой аналог человеческого белка NELL-1 — одной из сигнальных молекул, управляющих процессом роста костной ткани. Как и физнагузки, NELL-1 усиливает функцию остеобластов, ингибирует остеокласты и активирует Wnt/β-катениновый сигнальный путь за счет его связывания с геном Cntnap4 и бета-1-интегрином.
Ученые проверили эффективность препарата BP-NELL-PEG в качестве терапии при потере костной массы у 30-недельных мышей, переживших космический полет. Первая группа грызунов в 2017 году отправилась на МКС вместе с миссией SpaceX CRS-11 и вскоре вернулась на Землю (одна подгруппа — спустя четыре с половиной недели после старта; вторая оставалась там девять недель), а другая находилась в идентичных условиях в Космическом центре Кеннеди.
Начиная с первой недели пребывания на орбите и потом каждые две недели грызуны получали либо плацебо, либо инъекции BP-NELL-PEG. Аналогичные манипуляции проделывали с испытуемыми животными в лаборатории. Сроки обработки точно совпадали в обеих группах. После этого всех мышей доставили в Калифорнийский университет: там исследователи их умертвили, заморозили и начали изучать скелеты.
«Мы обнаружили, что BP-NELL-PEG значительно усиливает процесс формирования костей (остеогенез, или костеобразование. — Прим. ред.) у мышей, слетавших в космос и остававшихся в лаборатории, без очевидных неблагоприятных последствий для здоровья. Наши результаты подтвердили, что BP-NELL-PEG — многообещающее терапевтическое средство, которое обратило вспять потерю костной массы в результате длительного воздействия микрогравитации и дегенерации скелетно-мышечной системы на Земле. Это особенно важно, когда тренировки с отягощениями невозможны из-за недееспособности (к примеру, после переломов и инсульта)», — рассказали авторы эксперимента.
Чтобы эффективно использовать препарат BP-NELL-PEG и доставлять его на борт Международной космической станции, ученым придется минимизировать количество инъекций. Для этого они уже усилили терапевтический потенциал NELL-1, продлив период полураспада молекулы с 5,5 до 15,5 часа без потери биоактивности. Теперь в планах исследователей — подтвердить свои выводы в испытаниях с людьми.