Переломи кісток у мишей з діабетом заживають краще в присутності білка, який стимулює активність скелетних стовбурових клітин, згідно з дослідженням, проведеним дослідниками з Медичної школи Стенфордського університету в Пало-Альто, штат Каліфорнія, США, і опублікували це тиждень у "Науці поступальної медицини".

діабет

Білок протидіє зменшенню активності стовбурових клітин, яке спостерігали дослідники як на мишачих моделях діабету, так і на зразках кісток у пацієнтів із цукровим діабетом, які перенесли суглобові заміни. Автори сподіваються, що це відкриття призведе до способів допомогти хворим на діабет ефективніше загоїти перелом кісток.

"Ми виявили причину, чому деякі пацієнти з діабетом погано виліковуються від перелому кісток, і ми знайшли рішення, яке може бути застосовано місцево під час операції для усунення розриву", - говорить директор Стенфордського інституту біології стовбурових клітин. Регенеративна медицина, Майкл Лонгакер. "Діабет поширюється у всьому світі, і будь-яке покращення здатності постраждалих заживати переломи може мати надзвичайно позитивний вплив на якість їх життя", - додає він.

Лонгакер, професор пластичної та реконструктивної хірургії, та співавтори Чарльз Чан, дослідник Інституту стовбурових клітин, та Рут Тевлін, докторант, спираються на попередні роботи, в яких вони та його колеги в лабораторії автора Ірвінга Вайсмана, професора патології та біології розвитку, виявив та описав популяцію клітин у кістках мишей, які служать скелетними стовбуровими клітинами.

Ці дорослі стовбурові клітини можуть стати всіма компонентами кісткової системи, включаючи кістку, хрящ та частину кісткового мозку, відому як строма. Пізніше ці експерти показали, що загоєння переломів кісток у мишей сильно погіршується, коли ці стовбурові клітини виснажуються, знахідка, яка змусила їх задуматися.

«Ми хотіли застосувати те, що знали про скелетні стовбурові клітини, до проблеми поганого загоєння кісток у людей з діабетом, - говорить Чан.

Дослідники використовували мишачу модель діабету 2 типу, при якій хвороба виникає, коли тваринам виповнилося близько чотирьох тижнів. До розвитку захворювання хвороби додіабетичних мишей могли загоювати переломи кісток ніг так само ефективно, як і гризуни дикого типу, вбачають дослідники.

На відміну від цього, після того, як хвороба проявилася, відновлена ​​кістка була значно слабшою та менш щільною, ніж кістка у контрольних тварин. Порівнюючи кількість SSC у загоєнні кістки через сім днів після перелому, вони виявили, що у діабетичних гризунів кількість цих клітин значно менша, ніж у контрольних тварин.

Серія експериментів виключила системну причину цього зменшення кількості стовбурових клітин і підтвердила, що самі клітини повністю функціонують, залишаючи лише можливу проблему з сигналами, які клітини отримували від навколишнього середовища або місця розташування. Коли Тевлін та його колеги проаналізували це середовище, вони побачили, що у діабетиків тварини виробляють значно нижчі рівні сімейства сигнальних білків, що називаються їжаками, які, як відомо, відіграють вирішальну роль у багатьох біологічних процесах, таких як ембріональний розвиток та регенерація тканин.

Дослідники співпрацювали з співавтором Філіпом Бічі, професором біохімії та біології розвитку, щоб перевірити, чи може штучне блокування сигнального шляху їжака погіршити загоєння кісток у мишей, які не хворіють на діабет. Таким чином, вони виявили, що у контрольних мишей, що зазнали дії молекули, яка перекривала цей шлях, відновлені кістки були слабшими та крихкішими, як у тварин з діабетом.

"Отже, нам довелося перевірити, чи додавання їжаків сигнальних білків назад до місцевого середовища у хворих на цукровий діабет відновлення їх здатності загоювати переломи", - пояснює Лонгакер. Дослідники співпрацювали із співавторами Фаном Янг, доцентом кафедри біоінженерії та ортопедичної хірургії та докторантом Сінмін Тонгом, щоб розробити біологічно чистий гідрогель, в який вбудовували сигнальні білки їжака, а гель наносили безпосередньо на місце перелому. "І ці тварини зцілювались як звичайні миші", - наголошує Лонгакер.

Нарешті, команда зв’язалася зі співавтором Стюарт Гудменом, професором ортопедичної хірургії, щоб отримати зразки кісток у пацієнтів з діабетом, яким проводили заміну суглобів на остеоартроз. Вони порівняли експресію важливих білків для сигнального шляху їжака в цих зразках з іншими, отриманими від хворих на цукровий діабет.

Зазвичай цю тканину хірург відкидав, але в цьому випадку вона містила важливі підказки. "Те, що ми побачили в цих людських зразках, було відображенням того, що ми бачили у мишей", - говорить Чан. Кістки хворих на цукровий діабет показали значне зниження експресії цих важливих сигнальних білків ".

Лонгакер, Чан і Тевлін вважають, що гальмування сигнального шляху їжака виникає внаслідок запалення, пов'язаного з діабетом, яке викликає високий рівень молекули, званої фактором некрозу пухлини-альфа (TNF-альфа). Відомо, що рівень TNF-альфа підвищений у пацієнтів з цукровим діабетом, і дослідники спостерігали відповідне збільшення моделей захворювання на мишах.

Вони також виявили, що цей підвищений рівень TNF-альфа пригнічує експресію деяких представників сімейства їжакових. Однак пряме пригнічення всієї активності TNF-альфа може мати інші важкі наслідки для пацієнта тварини або людини, оскільки TNF-альфа відіграє багато важливих біологічних ролей.

"Ми розробили здійсненну стратегію для того, щоб змінити певну патологію тканини - неможливість ефективного загоєння переломів скелета - при складному метаболічному захворюванні, такому як діабет, застосовуючи сполуку місцево для стимулювання активності стовбурових клітин дорослих", - резюмує він.

Підпишіться на нашу розсилку

Підпишіться на список розсилки та будьте в курсі всіх новин щодо діабету