(PhysOrg.com) – Представьте, что вы можете вырастить сломанную кость в три раза быстрее, чем обычно. (Поклонники Гарри Поттера? Думаю, Скеле-гро.) Именно это и сделали исследователи из Медицинской школы Стэнфордского университета на лабораторных мышах.
Они стимулировали быстрый рост костей, вводя белок под названием Wnt, который, как известно, участвует в росте многих типов тканей у животных, таких как саламандры, рыбки данио и мыши. Этот подвиг знаменует собой первый раз, когда исследователям удалось упаковать белок Wnt в форму, которая может быть использована на людях, и открывает дверь для дополнительных экспериментов по лечению повреждений кожи, мышц, мозга и других тканей.
«Мы считаем, что наша стратегия обладает терапевтическим потенциалом для ускорения и улучшения заживления тканей в различных контекстах», – сказала Джилл Хелмс, доктор медицинских наук, доктор философии, профессор хирургии. «Существует огромное количество литературы о роли Wnt в росте тканей, но до сих пор мы не могли напрямую проверить, могут ли белки Wnt способствовать регенерации у млекопитающих.”
Он также может в конечном итоге стать столь необходимой альтернативой доступным в настоящее время лекарствам на основе морфогенетических белков костей или BMP. BMP были одобрены для использования у людей для ускорения роста костей при сращениях позвоночника и переломах длинных костей, но они все чаще ассоциируются с рядом побочных эффектов.
Хелмс – старший автор работы, опубликованной 28 апреля в онлайн-журнале Science Translational Medicine. Работа представляет собой продолжающееся сотрудничество со Стэнфордским профессором биологии развития Роэлем Нуссе, доктором философии. Нуссе был первым, кто идентифицировал белок Wnt в 1982 году, а в 2002 году его лаборатория была первой, кто очистил белок в активной форме. Эти достижения подготовили почву для данного исследования.
В течение многих лет исследователям было известно, что Wnt играет ключевую роль в регенерации тканей у многих организмов, и возникло множество предположений о его возможном терапевтическом применении у людей. Но белок оказался предметом сварливых исследований. Его было чрезвычайно трудно очистить в активной форме, и после выделения было обнаружено, что он является одновременно нерастворимым и гидрофобным (что означает, что его трудно растворить практически в любой жидкости). В принципе, это плохо сочетается с другими. В результате исследователи оказались в тупике относительно того, как проверить его действие на живых животных.
Хелмс, Нусс и их сотрудники, включая студента-медика Стива Минеара, ординатора отделения ортопедической хирургии Филиппа Леухта, доктора медицины, и доктора философии Джи Цзян, решили эту проблему, используя крошечные, безопасные для воды молекулярные пузырьки, называемые липосомами. Липосомы состоят из тех же молекул, что и клеточная мембрана, и иногда их используют для окружения и доставки химиотерапевтических препаратов к опухолям. В данном случае, однако, исследователи поместили лабораторный Wnt на внешнюю поверхность пузыря, как флаг. Липосомы, украшенные Wnt, затем можно суспендировать в жидкости для доставки в организм.
«Мы воспользовались тем, как белок производится в природе, чтобы представить его в очень активной форме», – сказал Хелмс. «Это позволило нам начать тестирование его активности на животных.”
Для этого Хелмс и ее коллеги просверлили отверстия диаметром 1 миллиметр в костях ног мышей с помощью высокоскоростной стоматологической бормашины. (Во время процедуры животных анестезировали и давали обезболивающие во время заживления.Затем они вводили липосомы, покрытые Wnt, в место повреждения и сравнивали скорость и характер образования кости с таковыми у контрольных животных и с животными, которым вводили Wnt без липосомного сопровождения.
В течение трех дней животные, получившие Wnt, имели 3.В 5 раз больше новой кости, чем в двух других группах. И через 28 дней новообразованная кость полностью зажила, в то время как контрольные животные все еще находились в процессе восстановления травмы. Дальнейшие исследования показали, что Wnt работает за счет увеличения пролиферации клеток-предшественников кости, которые затем стали новой костной тканью.
Во многих отношениях лечение, активируемое Wnt, имитирует то, что происходит естественным образом. Чувствительные к Wnt клетки обнаруживаются на внутренней поверхности кости, и они участвуют в нормальном поддержании костей и в росте костей в ответ на травмы. Фактически, Helms и Nusse обнаружили, что лабораторные мыши, которые были генетически модифицированы для получения более продолжительного сигнала Wnt, также выздоравливали быстрее, чем контрольные мыши. Они также подтвердили, что, как и у других животных, путь Wnt активируется в ответ на травму у мышей и необходим для нормального заживления.
Исследователи планируют продолжить изучение пути Wnt в других тканях. Интересно, что плоские черви и рыбки данио полагаются на путь Wnt для восстановления утраченных тканей без образования рубцов. Обретение этой способности у людей – возможно, путем применения дополнительных Wnt в определенное время и в определенном месте тела – может улучшить нашу способность исцелять.
«После инсульта и сердечного приступа, – сказал Хелмс, – мы лечим травмы медленно и несовершенно, и образовавшаяся рубцовая ткань теряет функциональность. Использование Wnt может однажды позволить нам регенерировать ткань без рубцов.Эти исследования в настоящее время продолжаются в медицинской школе в лабораториях Тео Палмера, доктора философии, доцента нейрохирургии, и Джозефа Ву, доктора медицины, доктора философии, доцента медицины и радиологии.