Ученые сконструировали хрящевые клетки для производства противовоспалительного препарата при стрессе.
Препарат блокировал разрушительные эффекты воспаления, подчеркивая потенциал этого подхода. В будущем хрящ и замещающие ткани можно будет «спроектировать» так, чтобы они защищались от отторжения.
Зачем «программировать» хрящ на самоисцеление
Суставы, такие как колени и руки, опираются на хрящевую ткань, которая удерживает кости от трения друг о друга. Износ в течение жизни может привести к разрушению хряща, что приводит к болезненному состоянию, называемому остеоартритом.
Симптомы остеоартрита могут включать боль в суставах, скованность и отек. Сотни миллионов взрослых людей во всем мире живут с этим заболеванием. В настоящее время не существует методов лечения, которые могли бы предотвратить или обратить вспять его прогрессирование.
Исследователи были заинтересованы в выращивании нового хряща в лаборатории, чтобы его можно было имплантировать в суставы. Однако суставы, пораженные артритом, содержат множество молекул, которые способствуют хроническому воспалению. Это воспаление, в дополнение к физическому напряжению, вызванному обычным движением, он также может быстро разрушить замещающий хрящ.
Исследование
Исследовательская группа во главе с доктором Дж. Фаршид Гилак из Вашингтонского университета в Сент-Луисе проверили, можно ли сконструировать хрящевые клетки, чтобы защитить себя от воспаления. В ходе исследования, подтверждающего концепцию, команда изменила хрящевые клетки свиней. для выработки противовоспалительной молекулы при стрессе.
Результаты были опубликовано в Science Advances.
Исследователи впервые определили белок под названием TRPV4 в мембране хрящевых клеток, который обнаруживает изменения внутри клеток при сжатии. Они обнаружили, что TRPV4 активируется изменением жидкости в клетках, называемым осмотической нагрузкой. Белок также может запускаться механическими силами.
Реакция замечательная
Команда продемонстрировала, что в ответ на стресс TRPV4 активирует определенные генетические пути в клетках хряща, связанные с воспалением и метаболизмом.
Исследователи модифицировали эти генетические схемы. производить противовоспалительную молекулу называемый антагонистом рецептора интерлейкина-1 (IL-1Ra). Клетки с этими петлями затем выращивали для образования хряща.
Самовосстанавливающийся хрящ
Под воздействием механических сил или осмотической нагрузки клетки спроектированы произведено Ил-1Ра. Время и продолжительность производства зависели от используемой генетической цепи.
Это говорит о том, что производство можно настроить, используя разные клеточные пути, которые включаются и выключаются в разное время. Хрящ, который благодаря биоинженерия производит «лекарства» в разное время и в ответ на разные типы раздражителей.
Наконец, исследователи проверили, может ли продукция IL-1Ra защитить хрящевые клетки в воспалительной среде. Среда аналогична той, которая наблюдается при остеоартрите.
Поэтому они подвергали сконструированный хрящ действию воспалительной молекулы и осмотической нагрузки в течение трех дней.
Тот, кто делает это сам, делает для троих
К концу этого времени хрящ, не продуцирующий IL-1Ra, разрушался. И наоборот, хрящ, из которого образовалась молекула, сохранил свою структуру и прочность.
Эти результаты демонстрируют способность создавать живые ткани для производства собственных терапевтических лекарств. «Мы считаем, что эта стратегия может позволить нам программировать клетки для оказания терапии в ответ на различные медицинские проблемы», — говорит Гилак.
