Учёные медицинского факультета Стэнфордского университета сообщили, что блокирование в организме одного белка, восстанавливает коленные хрящи, истирающиеся естественным образом. Согласно отчёту о результатах их исследования, инъекционная терапия не только восстановила хрящ, но и предотвратила развитие артрита после коленной травмы, аналогичной разрыву передней крестообразной связки, часто встречающейся у спортсменов.
Опыты проводились на мышах, и таблеточная форма препарата уже проходит клинические испытания на них же, но человеческая ткань коленного сустава, собранная во время операций по замене колена, тоже положительно отреагировала на аналогичное воздействие и начала формировать новый вполне функциональный хрящ.
Полученные результаты свидетельствуют о возможности восстановления износившегося вследствие возраста или наличия артрита хряща путем локальной инъекции или приёма перорального препарата, что устранит необходимость хирургического вмешательства для замены коленного или тазобедренного сустава.
Воздействие на первопричину остеоартроза
Вместо простого облегчения симптомов данный лечебный метод направлен непосредственно на устранение основной причины остеоартроза. Прямых медицинских препаратов, способных остановить прогрессирование остеоартроза или обратить его вспять, пока не существует, и основными методами лечения остаются обезболивающие средства и протезирование сустава.
Данная терапия нацелена на белок под названием 15-PGDH, количество которого с возрастом увеличивается. Учёные отнесли его к герозимам. Герозимы, впервые описанные той же научно-исследовательской группой в 2023 году, играют ключевую роль в процессе старения, способствуя постепенному ухудшению функций тканей.
У мышей увеличение концентрации 15-PGDH служит важным фактором потери мышечной силы, характерной для возрастных изменений. Когда этот белок блокируется, пожилые мыши демонстрируют увеличение массы мышц и выносливости, а стимуляция выработки 15-PGDH у молодых мышей вызывает ослабление мышц и уменьшение их размеров.
Этот же белок связан с регенерацией костных, нервных и кроветворных клеток.
В этих тканях восстановление зависит от активации и специализации специфичных для данной ткани стволовых клеток, хрящевая же ткань ведет себя иначе. Вместо зависимости от стволовых клеток, хондроциты меняют активность своих генов так, что восстанавливают более молодое состояние хряща, обеспечивая регенерацию без участия стволовых клеток.
«Это совершенно новый метод регенерации взрослой ткани, обладающий значительным потенциалом в лечении артрита, вызванного старением или травмой», — отметила профессор микробиологии и иммунологии Хелен Блау (Helen Blau). «Мы искали стволовые клетки, однако теперь ясно, что они здесь ни при чём. Это очень интересно».
Заметная регенерация
«По мере старения миллионы людей страдают от боли и опухания суставов», — говорит хирург-ортопед Нади Бутани (Nidhi Bhutani), одна из авторов исследования. «До сих пор не существовало лекарства, которое бы прямо воздействовало на причину деградации хряща, однако наш препарат, подавляет действие герозима, обеспечивая такую выраженную регенерацию хряща, какой ранее не наблюдалось ни при какой терапии».
В человеческом организме выделяют три основных типа хрящей. Первый тип — эластичный хрящ, мягкий и гибкий, образует структуры вроде наружного уха. Второй тип — волокнистый хрящ, плотный и прочный – амортизирует ударную нагрузку в местах вроде межпозвоночных дисков. Третий тип — гиалиновый хрящ, гладкий и блестящий, обеспечивает низкую степень трения и хорошую подвижность в суставах, таких как лодыжки, бедра, плечи и некоторые участки колена. Чаще всего поражается остеоартрозом именно он.
Остеоартроз возникает в результате старения, травмы или ожирения. Хондроциты начинают выделять провоспалительные молекулы и разрушать коллаген, являющийся основным структурным белком хряща. Потеря коллагена приводит к утончению и смягчению хряща, развивающееся воспаление вызывает отек и боль в суставах – это характерные признаки заболевания.
При нормальных обстоятельствах суставной хрящ редко восстанавливается сам собой. Хотя были выявлены популяции некоторых стволовых клеток, способных образовывать хрящ в костях, попытки выявить аналогичные клеточные популяции в самом суставном хряще оказались неудачными.
Анонсы статей смотрите в МАХ, Telegram или ОК
Предыдущие исследования лаборатории Блау показали, что молекула простагландин Е2 необходима для функционирования стволовых клеток мышц. Фермент 15-PGDH расщепляет простагландин Е2. Подавляя активность 15-PGDH или повышая уровень простагландина Е2, удается стимулировать регенерацию поврежденных мышц, нервов, костей, кишечника, печени и крови у молодых мышей.
Теперь учёные задались вопросом, играет ли фермент 15-PGDH какую-либо роль в старении хряща и суставов. Исследуя его содержание в коленном хряще молодых и старых мышей, они обнаружили, что с увеличением возраста животных уровень герозима возрастал примерно вдвое.
Затем учёные провели эксперименты, вводя старым животным малые дозы вещества, подавляющего активность 15-PGDH, сначала внутрибрюшинно, тем самым влияя на весь организм, а затем непосредственно в сустав. Во всех случаях толщина коленного хряща – значительно уменьшившаяся у старых животных – заметно увеличилась по всей поверхности сустава.
Дальнейшие опыты подтвердили, что хондроциты в суставе производили именно гиалиновый (или суставной) хрящ, а не фиброзный.
«Такая значительная регенерация хряща у старых мышей стала для нас неожиданностью, — говорит Бутани. — Результат оказался поразительным».
Лечение поврежденного переднего крестообразного сухожилия
Аналогичные результаты наблюдались у животных с повреждением колена, аналогичным разрыву передней крестообразной связки, часто случающемся у людей, занимающихся футболом, баскетболом или горнолыжным спортом, где требуются резкие повороты, остановки или прыжки. Несмотря на то, что подобные повреждения можно исправить хирургическим путём, приблизительно через 15 лет около половины травмированных получают в пострадавшем суставе остеоартроз.
Учёные установили, что серия инъекций ингибитора герозима дважды в неделю на протяжении четырёх недель после травмы резко снизила вероятность остеоартроза у мышей. Животные, которым давали контрольное вещество, имели уровень 15-PGDH в два раза выше, чем у непострадавших особей, и получали остеоартроз в течение месяца.
Животные, получившие терапию ингибитором герозима, двигались гораздо активнее и переносили больше веса на конечность пострадавшей ноги по сравнению с контрольными.
«Интересно отметить, что простагландин Е2 связан с воспалением и болью, — пояснила Блау, — но наши исследования показали, что небольшое повышения простагландина Е2 – в пределах физиологических значений – способствуют процессу регенерации».
Более детальное исследование показало, что хондроциты старых мышей вырабатывают большее число вредных генов, участвующих в воспалительных процессах и преобразовании гиалинового хряща в нежелательную костную ткань, и меньшее число генов, вовлечённых в процесс формирования хряща.
Репрограммирование клеток хряща без участия стволовых клеток
Учёные смогли выделить подгруппы старых хондоцитов, после обработки препаратом меняющим алгоритмы экспрессии генов. Одна группа, вырабатывавшая 15-PGDH и гены, участвующие в деградации хряща, после лечения снизила их экспрессию с 8% до 3%, другая группа, не вырабатывавшая 15-PGDH, но имеющая гены, участвующие в образовании фиброзного хряща, тоже сократила выработку с 16% до 8%.
Третья группа, не вырабатывавшая 15-PGDH, но вырабатывавшая гены, задействованные в формировании гиалинового хряща и поддержании внеклеточного матрикса, необходимого для нормального функционирования хряща, в результате лечения наоборот подняла выработку с 22% до 42%. Полученные результаты указывают на общий сдвиг в алгоритме экспрессии генов, произошедший после терапии, что привело к омоложению хрящевых клеток без привлечения стволовых собратьев.
Наконец, учёные изучили хрящевую ткань пациентов с остеоартритом, удалённую во время операций полного протезирования коленного сустава. Ткань, неделю обрабатываемая ингибитором 15-PGDH, по сравнению с контрольной тканью показала снижение числа хондроцитов, экспрессирующих 15-PGDH, уменьшение деградации хряща и производства генов, связанных с образованием фиброзного хряща, и запуск процесса регенерации суставного хряща.
Интересно: Что происходит в организме после одного вредного блюда?
«Механизм действительно впечатляющ и существенно меняет наше представление о регенерации тканей, — заявила Бутани. — Очевидно, что большой пул хрящевых клеток претерпевает изменения, связанные с экспрессией генов. Путём воздействия на эти клетки мы можем добиться значительного общего эффекта».
Блау добавила: «Первая фаза клинических испытаний ингибитора 15-PGDH для лечения мышечной слабости продемонстрировала безопасность и эффективность препарата у здоровых добровольцев. Мы надеемся, что вскоре начнётся подобное испытание для оценки влияния препарата на регенерацию хряща. Я верю, что на наших глазах рождается прорывная технология. Представьте себе возможность запуска регенерации старого хряща инъекцией и отказа от операций по протезированию суставов».
Автор: STANFORD MEDICINE
Перевод: Виктор Трибунский
Источник