Биоинженерный суставной хрящ синтезировал для себя лекарство в ответ на нагрузку
Американские исследователи создали биоинженерный суставной хрящ на основе свиных клеток, который вырабатывает противовоспалительный препарат в ответ на механическую нагрузку. В перспективе эта технология может помочь в лечении остеоартрита. Отчет о разработке опубликован в журнале Science Advances.
Остеоартрит — самое частое поражение суставов, им страдает каждый 30-й житель Земли, причем заболеваемость резко возрастает в пожилом возрасте. Оно возникает из-за постепенного изнашивания суставных хрящей, которое сопровождается воспалительными реакциями и приводит к разрушению хряща и подлежащего участка кости. Это связано с тем, что после окончательного формирования скелета в возрасте 20–30 лет клетки хряща (хондроциты) практически перестают делиться и восстанавливать хрящевую ткань.
Тем не менее эти клетки сохраняют критичную в период роста организма способность реагировать на нагрузку, за что отвечает ряд механорецепторов — TRPV4, PIEZO1, PIEZO2, интегрины и первичные реснички.
Чтобы устранить эти недостатки, сотрудники Университетов Вашингтона в Сент-Луисе и Дьюка в Дареме под руководством Фаршида Гуйлака (Farshid Guilak) решили создать искусственную хрящевую ткань, которая будет «самоизлечиваться» в ответ на механическую нагрузку.
В ходе предварительных экспериментов исследователи изолировали свиные хондроциты и инкубировали их в искусственном каркасе из агарозного гидрогеля, получив искусственный хрящ. Такой тканевой конструкт реагировал на механическую нагрузку 108-процентным увеличением активации кальцийзависимых внутриклеточных сигнальных путей. Введение в питательную среду низкомолекулярного ингибитора ваниллоидного катионного канала транзиторного рецепторного потенциала 4 типа (рецептора TRPV4) GSK205 снижало подобную реакцию на 47 процентов.
Это показало, что клеточный ответ на механическую нагрузку в первую очередь зависит именно от этого типа рецепторов.Изучая реакцию одиночных хондроцитов на осмотический стресс (действием разных питательных сред) и механическое растяжение мембраны (путем втягивания в микропипетку), исследователи убедились, что опосредованная TRPV4 реакция наблюдается лишь при первом воздействии. То есть для получения ответа необходимо прилагать механическое усилие к целому образцу хрящевой ткани с осмотически активным матриксом, но не к отдельным клеткам.
Затем внутриклеточную молекулярную реакцию на активацию TRPV4 проанализировали с помощью приложения Ingenuity Pathway Analysis и убедились, что она включает ряд анаболических и воспалительных сигнальных путей. Из них наиболее перспективными для создания терапевтических трансгенов оказались контуры активации ядерного фактора NF-κB и экспрессии простагландин-эндопероксидсинтазы 2 (PTGS2), что было подтверждено количественной полимеразной цепной реакцией.
Используя регулирующие NF-κB и PTGS2 генетические элементы, исследователи создали трансгены, экспрессирующие в ответ на активацию TRPV4 противовоспалительный препарат анакинру — белковый антагонист рецепторов к интерлейкину-1. Это лекарственное средство, вводимое внутривенно, хорошо зарекомендовало себя в терапии ревматоидного артрита и оказалось эффективным в преклинических моделях остеоартрита. Тем не менее его клинические испытания при этом заболевании не принесли желаемых результатов, что может свидетельствовать о необходимости длительного контролируемого введения препарата непосредственно в хрящевую ткань.
Полученные терапевтические трансгены с помощью лентивирусного вектора ввели в свиные хондроциты и использовали эти клетки для создания биоинженерного хряща. В эксперименте такой конструкт с активированными механорецепторами TRPV4 эффективно продуцировал анакинру и не разрушался при обработке интерлейкином-1 в течение 72 часов. Натуральный хрящ при таком же воздействии терял 45,6 процента сульфатированных гликозаминогликанов (основного компонента матрикса, обеспечивающего целостность хряща и его устойчивость к «изнашиванию»), и, соответственно, частично разрушался.
«Мы можем создавать клетки, которые автоматически производят анальгетики, противовоспалительные препараты и факторы роста для регенерации хряща. По нашему мнению, такая стратегия может стать основой для программирования клеток, оказывающих терапевтическое воздействие при разнообразных медицинских проблемах», — заключил Гуйлак.
Множество научных коллективов мира работает над созданием и совершенствованием биоинженерных органов и тканей. Для этого используют самые разные подходы — от 3D-печати до использования машины для производства сладкой ваты. Отдельного упоминания заслуживает выращивание сложно устроенной кишечной ткани, имеющей нервную систему и способной к самостоятельной перистальтике. Подробнее о технологиях создания искусственных органов можно почитать в нашем материале «Скамейка запасных».
Олег Лищук
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Новости медицины фармации и здравоохранения
Новости медицины фармации и здравоохранения | Remedium. ruПопулярное
- Министр здравоохранения анонсировал расширение списка жизненно необходимых лекарств
- В 2022 году ФАС помогла благотворительному фонду «Круг добра» на 40% снизить стоимость закупаемых лекарств.
- Гид по менопаузе: как помочь себе адаптироваться к новому состоянию
- Минздрав России разработал новую версию временных методических рекомендаций по профилактике, диагностике и лечению COVID-19
- Состоялся XI Национальный конгресс имени Н.О. Миланова «Пластическая хирургия, эстетическая медицина и косметология»
Карта портала
- СМИ — Новости
- Пресс-Релизы
- Фармацевтам
- Врачам
Акушерство и гинекология- Аллергология
- Гастроэнтерология
- Гепатология
- Дерматология
- Диетология
- Инфекционные заболевания
- Исследования и разработки
- Кардиология
- Неврология
- Онкология
- Оториноларингология
- Педиатрия
- Психиатрия
- Психология
- Пульмонология
- Ревматология
- Стоматология
- Терапия
- Травматология
- Урология
- Хирургия
- Эндокринология
- Специалистам здравоохранения
- Фармацевтический рынок
- Промышленность
- Фармацевтическая промышленность
- Медтехника +
- Правовая хроника
- Аналитика
- Законодательство
- Документы для аптечных учреждений
- Документы о здравоохранении
- Разные документы
- Медицинские издания
- Журналы
- Книги
- Мероприятия
- О компании
- О проекте
- Реклама
- Контакты
- Поиск
- Еnglish
Логин: | |
Пароль: | |
Запомнить меня | |
Регистрация | |
Забыли свой пароль? |
Подписка Онлайн
Книги Журналы
Новости
22 декабря 2022
Министр здравоохранения анонсировал расширение списка жизненно необходимых лекарств
Позиции для лечения тяжелых заболеваний пополнятся новыми препаратами.
Подробнее
22 декабря 2022
В МФТИ выяснили, какие модели опухолей более релевантны
22 декабря 2022
«Биннофарм Групп» привела в соответствие требованиям ЕАЭС около половины своего портфеля регистрационных удостоверений
/pharmacy/detail.php%3fid%3d65906
Врачам
21 декабря 2022
Постковидный синдром: в фокусе психоневрологические нарушения
А.В. Васильева1,2; 1 НМИЦ ПН им. В.М. Бехтерева, 2 СЗГМУ им. И.И. Мечникова
Пандемия новой. ..
Подробнее
14 декабря 2022
Тетрациклиновые зубы
9 декабря 2022
Онлайн-спецпроект «Вместе – против ОРВИ!»
Фармацевтам
19 декабря 2022
Лекция: Современная аптека. Всесторонняя забота о ЖКТ
Представляем вашему вниманию лекцию для фармацевтов и провизоров «Современная аптека. Всес…
Подробнее
12 декабря 2022
Лекция: Современная аптека.
Тонкая настройка ЖКТ12 декабря 2022
Лекция: Современная аптека
Искать
Раздел не найден.
Раздел не найден.
Искусственный хрящ производит противовоспалительное лекарство
Из NIH Research Matters
Суставы, такие как колени и руки, полагаются на хрящевую ткань, чтобы кости не терлись друг о друга. Изнашивание в течение всей жизни может привести к разрушению хряща. Это приводит к состоянию, называемому остеоартрозом.
Хрящевую клетку, называемую хондроцитом, стимулируют очень маленькой стеклянной пипеткой, примерно 1/5 диаметра человеческого волоса. Клетки были сконструированы так, чтобы высвобождать лекарство, которое борется с воспалением, когда они подвергаются сжатию. Лаборатория Guilak, Медицинская школа Вашингтонского университета в Сент-ЛуисеСимптомы остеоартрита могут включать боль в суставах, скованность и отек. Более 30 миллионов взрослых по всей стране живут с этим заболеванием. В настоящее время не существует методов лечения, позволяющих предотвратить или обратить вспять его прогрессирование.
Исследователи заинтересовались выращиванием в лаборатории нового хряща, который можно было бы имплантировать в суставы. Однако суставы с артритом содержат много молекул, которые способствуют хроническому воспалению. Это воспаление, а также физический стресс, вызванный нормальным движением, могут быстро разрушить замещающий хрящ.
Исследовательская группа под руководством доктора Фаршида Гуилака из Вашингтонского университета в Сент-Луисе проверяла, можно ли сконструировать хрящевые клетки для защиты от воспаления. В исследовании, подтверждающем концепцию, команда изменила хрящевые клетки свиней, чтобы они производили противовоспалительную молекулу при стрессе.
Исследование частично финансировалось Национальным институтом артрита, костно-мышечных и кожных заболеваний Национального института здоровья (NIAMS), Национальным институтом старения (NIA) и Национальным центром развития трансляционных наук (NCATS). Результаты были опубликованы 27 января 2021 г. в Научные достижения .
Исследователи впервые идентифицировали белок под названием TRPV4 в мембране хрящевых клеток, который воспринимает изменения внутри клеток при сжатии. Они обнаружили, что TRPV4 активируется изменением жидкости в клетках, которое называется осмотической нагрузкой. Белок также может быть активирован механическими силами.
Команда показала, что в ответ TRPV4 активирует специфические генетические пути в клетках хряща, связанные с воспалением и метаболизмом. Исследователи модифицировали эти генетические цепи для производства противовоспалительной молекулы, называемой антагонистом рецептора интерлейкина-1 (IL-1Ra). Затем клетки с этими цепями выращивали для образования хрящей.
При воздействии механических сил или осмотической нагрузки сконструированные клетки продуцировали IL-1Ra. Сроки и продолжительность производства зависели от того, какая генетическая схема использовалась. Это говорит о том, что производство можно настраивать, используя различные клеточные пути, которые включаются и выключаются в разное время.
Наконец, исследователи проверили, может ли выработка IL-1Ra защитить клетки хряща в воспалительной среде, подобной той, что наблюдается при остеоартрите. Они подвергали искусственный хрящ воздействию воспалительной молекулы и осмотической нагрузки в течение трех дней.
К концу этого периода хрящ, не производящий IL-1Ra, разрушался. Напротив, хрящ, производивший молекулу, сохранил свою структуру и прочность.
Эти результаты демонстрируют способность конструировать живую ткань для производства собственных терапевтических препаратов. «Мы думаем, что эта стратегия может стать основой для того, что нам может понадобиться для программирования клеток для доставки терапии в ответ на различные медицинские проблемы», — говорит Гуилак.
— Шэрон Рейнольдс
Это исследование частично финансировалось за счет грантов NIA AG46927, AG15768 и AG28716.
Ссылки: Синтетическая механогенетическая генная схема для автономной доставки лекарств в сконструированные ткани. Nims RJ, Pferdehirt L, Ho NB, Savadipour A, Lorentz J, Sohi S, Kassab J, Ross AK, O’Conor CJ, Liedtke WB, Zhang B, McNulty AL, Guilak F. Sci Adv. 2021 27 января; 7(5):eabd9858. doi: 10.1126/sciadv.abd9858. Распечатать Январь 2021 г. PMID: 33571125.
Лечение повреждений хряща Чикаго, Иллинойс
Дженнифер Дэвис
Arthritis Today Журнал
16.09.09 Лекарство, уже одобренное для лечения потери костной массы от остеопороза, может также помочь предотвратить и обратить вспять повреждение хряща, которое приводит к остеоартриту.
Первые испытания на животных показали, что препарат терипаратид (Фортео) является первым средством, которое не только останавливает потерю хряща, но и обращает ее вспять.
В настоящее время не существует лекарств для лечения потери хряща при остеоартрите, заболевании, которое, как ожидается, повлияет на 50 миллионов американцев к 2020 году. Пациенты могут принимать только стероиды и противовоспалительные средства для уменьшения боли.
Остеоартрит возникает, когда хрящ — губчатая, амортизирующая ткань, амортизирующая суставы, — разрушается, вызывая воспаление и боль в суставах.
Паратиреоидный гормон, который продается в виде рецептурного препарата терипаратид (Forteo), одобрен FDA для поддержания и заживления костей, а более ранние исследования показали, что он также влияет на хрящевые клетки.
В исследовании, представленном в этом месяце на ежегодном собрании Американского общества исследований костей и минералов в Денвере, ученые говорят, что у мышей терипаратид предотвращает потерю хряща из-за остеоартрита после травмы сустава и регенерирует хрящ.
Исследователи из Медицинского центра Университета Рочестера в Нью-Йорке вводили терипаратид случайным группам мышей с повреждениями хрящей и связок в течение 12 недель.
Другая группа мышей с травмами суставов получала лечение через восемь недель после травмы. Врачи говорят, что это было сделано для того, чтобы имитировать типичные условия человеческих травм, поскольку после старой травмы часто проходит много времени, прежде чем пациенты обращаются за медицинской помощью.
Исследователи сообщают, что в группе, получавшей 12-недельный курс лечения терипаратидом, суставных хрящей было примерно на 27% больше, чем в контрольной группе. А в группе, получавшей отсроченное лечение терипаратидом, количество хрящей было еще больше — на 35% больше, чем в группе, получавшей физиологический раствор. Врачи говорят, что это указывает на то, что лекарство действительно помогает восстановить утраченный хрящ.
«Мы очень рады этому», — говорит Рэнди Розье, доктор медицины, профессор кафедры ортопедии и реабилитации в Медицинском центре Университета Рочестера в Рочестере, штат Нью-Йорк.
«У нас еще много работы, чтобы зафиксировать это. Но не было лекарств, которые системно улучшали бы состояние хряща или увеличивали количество хряща после его потери. Если мы сможем подтвердить, что это правда, это будет первый случай, который может быть обнаружен и может быть полезен огромному количеству пациентов».
Хотя исследование проводилось на мышах, исследователи говорят, что модель очень похожа на человеческий остеоартрит, который развивается после травм колена. Но они предупреждают, что это еще очень рано в научном процессе.
«Мы не думаем, что это обязательно лекарство от артрита, но это существующее лекарство, которое может обеспечить новую терапию для облегчения болезни. Или, может быть, вы могли бы вылечить кого-то, у кого развился ранний артрит, и обратить его вспять. Мы еще не знаем ответов на многие из этих вопросов», — говорит доктор Розье.
Брайан Коул, доктор медицинских наук, профессор отделения ортопедии в Медицинском центре Университета Раш в Чикаго и заведующий отделением Центра восстановления хрящей в Раше согласен.
«Фортео — это инъекционный препарат, но это все же лучше, чем операция. Это предполагает, что может быть нехирургический вариант лечения артрита или потери хряща.