Vedci našli metódu na opätovnú tvorbu chrupavky v kĺboch

Vedci z lekárskej fakulty Stanfordskej univerzity objavili spôsob, ako v myšiach a ľudskom tkanive regenerovať vankúš chrupavky nachádzajúci sa v kĺboch. Strata tejto klzkej a nárazy absorbujúcej vrstvy tkaniva, nazývanej kĺbová chrupavka, je zodpovedná za mnoho prípadov bolesti kĺbov a artritídu, ktorá postihuje viac ako 55 miliónov Američanov.

Takmer 1 zo 4 dospelých Američanov trpí artritídou a oveľa viac ich všeobecne zaťažuje bolesť a zápal kĺbov. Stanfordskí vedci zistili, ako vypestovať kĺbovú chrupavku tak, že najskôr spôsobia ľahké poranenie kĺbového tkaniva a potom pomocou chemických signálov riadia rast kostných kmeňových buniek, keď sa zranenia liečia. Práca bola zverejnená 17. augusta 2020, v časopise Nature Medicine.

„Chrupavka má v dospelosti prakticky nulový regeneračný potenciál, takže akonáhle dôjde k jej zraneniu alebo odchodu, bolo to, čo môžeme pre pacientov urobiť, veľmi obmedzené“, uviedol odborný asistent chirurgie Charles K.F. Chan, PhD.

„Je nesmierne potešujúce nájsť spôsob, ako pomôcť telu znova vypestovať toto dôležité tkanivo.“

Práca vychádza z predchádzajúceho výskumu v Stanforde, ktorý vyústil do izolácie kostnej kmeňovej bunky, samoobnovovacej bunky, ktorá je tiež zodpovedná za produkciu kostí, chrupaviek a špeciálneho typu bunky, ktorá pomáha tvorbe krviniek v kostnej dreni. Nový výskum, rovnako ako predchádzajúce objavy myších a ľudských kostrových kmeňových buniek, sa väčšinou uskutočňovali v laboratóriách Chana a profesora chirurgie Michaela Longakera.

Kĺbová chrupavka je zložité a špecializované tkanivo, ktoré poskytuje hladký a pružný vankúš medzi kosťami, v kĺboch. Keď je táto chrupavka poškodená traumou, chorobou alebo s vekom jednoducho redne, kosti sa môžu trieť priamo o seba navzájom a spôsobovať bolesť a zápaly, ktoré môžu nakoniec vyústiť do artritídy. Poškodenú chrupavku je možné liečiť technikou nazývanou mikrofraktúra, v ktorej vyvŕtané malé otvory na povrchu, sa spoja. Technika mikrofraktúr vedie telo k vytvoreniu nového tkaniva v kĺbe, ale nové tkanivo nie je podobné chrupavke.

„Výsledkom mikrofraktúry je takzvaná fibrokartiláza, ktorá sa v skutočnosti podobá viac zjazvenému tkanivu ako prírodnej chrupke“, uviedol Chan.

„Pokrýva kosť a je lepší ako nič, ale nemá odskok a pružnosť prirodzenej chrupavky a má tendenciu sa pomerne rýchlo odbúravať.“

Najnovší výskum čiastočne vznikol vďaka práci chirurga Matthewa Murphyho, PhD, hosťujúceho výskumného pracovníka v Stanforde, ktorý je v súčasnosti na univerzite v Manchestri.

„Nikdy som nemal pocit, že by niekto skutočne pochopil, ako skutočne funguje mikrofraktúra“, povedal Murphy.

„Uvedomil som si, že jediný spôsob, ako pochopiť tento proces, bolo pozrieť sa na to, čo kmeňové bunky robia po mikrofraktúre.“

Murphy je hlavným autorom príspevku. Chan a Longaker sú spoluriešiteľmi. Podľa Chanovej štúdie ľudia dlho predpokladali, že sa dospelá chrupavka po poranení neregeneruje, pretože tkanivo nemalo veľa kostrových kmeňových buniek, ktoré by sa dali aktivovať. Tím pracujúci na modeli myši tím dokumentoval, že mikrofraktúra aktivovala kostrové kmeňové bunky. Avšak ponechané svojmu osudu, tieto aktivované kostrové kmeňové bunky regenerovali fibrokartiláž v kĺbe.

Ale, čo ak by sa proces hojenia po mikrofraktúre dal nasmerovať k tvorbe chrupavky, a nie fibrokartilázy?

Vedci vedeli, že s vývojom kostí musia bunky najskôr prejsť štádiom chrupavky a až potom sa zmeniť na kosť. Mali predstavu, že môžu povzbudiť kostné kmeňové bunky v kĺbe, aby naštartovali premenu na kosť, ale zastaviť proces vo fáze chrupavky. Vedci použili na inicializáciu kosti mocnú molekulu zvanú kostný morfogenetický proteín 2 (BMP2), formovaný po mikrofraktúre, ale potom proces uprostred zastavia s molekulou, ktorá blokuje ďalšiu signálnu molekulu, dôležitú pri tvorbe kostí, nazývanú vaskulárny endoteliálny rastový faktor (VEGF).

„Nakoniec sme skončili s chrupavkou, ktorá je vyrobená z rovnakého druhu buniek ako prírodná chrupavka s porovnateľnými mechanickými vlastnosťami, na rozdiel od fibrokartily, ktorú zvyčajne dostávame “, uviedol Chan.

„Obnovila tiež mobilitu osteoartritických myší a významne znížila ich bolesť.“

Ako dôkaz princípu, že to môže fungovať aj u ľudí, vedci preniesli ľudské tkanivo do myší, ktoré boli chované tak, aby tkanivo neodmietli, a dokázali, že ľudské kostrové kmeňové bunky sa dali nasmerovať k vývoju kostí, ale zastavili sa vo fáze chrupavky. Ďalšou fázou výskumu je uskutočnenie podobných experimentov na väčších zvieratách pred začatím klinických štúdií na ľuďoch. Murphy poukazuje na to, že kvôli ťažkostiam pri práci s veľmi malými kĺbmi myší môžu nastať určité vylepšenia systému, ktorý by mohli urobiť pri prechode do relatívne väčších kĺbov. Prvé klinické štúdie u ľudí môžu byť pre ľudí, ktorí majú v prstoch artritídu. a prsty na nohách.

„Mohli by sme začať s malými kĺbmi, a ak to bude fungovať, presunuli by sme sa do väčších kĺbov, ako sú kolená“, hovorí Murphy.

„Práve teraz je jednou z najbežnejších operácií artritídy v prstoch, odstránenie kosti v spodnej časti palca.“

V takýchto prípadoch by sme to mohli skúsiť zachrániť kĺb, a ak to nefunguje, jednoducho vytiahneme kosť, ako by sme aj tak mali. Existuje veľký potenciál pre zlepšenie a nevýhodou je, že by sme sa vrátili tam, kde sme boli predtým. “

Longaker zdôrazňuje, že jednou z výhod ich objavu je, že hlavné zložky potenciálnej liečby sú FDA schválené ako bezpečné a účinné.

„BMP2 už bol schválený na pomoc pri hojení kostí a inhibítory VEGF sa už používajú ako protirakovinové terapie“, uviedol Longaker.

„To by pomohlo urýchliť schválenie akejkoľvek terapie, ktorú vyvíjame.“

Chirurgická náhrada kĺbu spôsobila revolúciu v spôsobe liečby artritídy lekármi a je veľmi častá: Vo veku 80 rokov bude mať 1 z 10 ľudí náhradu bedrového kĺbu a 1 z 20 bude nahradené koleno.  Ale takáto náhrada kĺbu je mimoriadne invazívna, má obmedzenú životnosť a vykonáva sa až potom, čo zasiahne artritída a pacienti si vystavení trvalej bolesti. Vedci tvrdia, že si môžu predstaviť dobu, keď sú ľudia schopní vyhnúť sa artritíde predovšetkým omladením chrupavky v kĺboch ​​predtým, ako dôjde k ich silnému znehodnoteniu.

„Jedným z nápadov je nasledovať model doplňovania chrupavky, Jiffy Lube“, uviedol Longaker.

„Nečakáte, až sa poškodenie nahromadí – chodíte pravidelne a pomocou tejto techniky posilňujete kĺbovú chrupavku skôr, ako nastane problém.“

 

 

Preklad: Slavomír Piar

Odkaz: Murphy et al.“ Regenerácia kĺbovej chrupavky aktivovanými kostrovými kmeňovými bunkami, Nature Medicine (2020). DOI: 10.1038 / s41591-020-1013-2

Tento článok bol publikovaný znova z nasledujúcich materiálov. Poznámka: Materiál mohol byť upravený z hľadiska dĺžky a obsahu. Ďalšie informácie získate v uvedenom zdroji.