Найдены стволовые клетки костей и хрящей

Производство стволовых клеток костей сможет стать новым методом лечения переломов, повреждения суставов и остеопороза

Ученые наконец-то одержали победу в длительном поиске стволовых клеток человека, источником костной, хрящевой и других составляющих тканей скелета нашего тела. Это открытие может способствовать развитию новых технологий лечения в медицине. Неожиданным оказался тот факт, что жир, который обычно выбрасывается после липосакции, создает обильный потенциальный резервуар стволовых клеток для дальнейшего исследования и терапии.

Ранее подобные исследования привели к обнаружению мезенхимальных стволовых клеток. Они неспецифичны, могут дать начало не только скелетным тканям, но и жировой, соединительной ткани, мышцам и кровеносным сосудам. Команды ученых изо всех сил пытались обнаружить клетки, которые развиваются только в кости или хрящи, потому что получение таких клеток и пересадка их при некоторых патологиях костей, таких как переломы, остеопороз, повреждения суставов и другие, позволит вылечить эти состояния.

Ранее ученые изучали мезенхимальные стволовые клетки внутри «радужных мышей». Такие мыши – результат творческой работы исследователей-генетиков, у которых с помощью методов генной инженерии удалось добиться того, что разные типы стволовых клеток отличаются по цвету. Так ученые смогут понять, какие клетки образуют те или иные ткани по определению их цвета. Затем команда ученых определила гены в этих скелетных стволовых клетках, комбинация которых составляет своеобразную генетическую «подпись», или сигнатуру.

По словам ученых, повторение этого процесса у нашего собственного вида оказалось менее простым. Для этого ученые работали с человеческими эмбриональными костями, полученными от компании, которая предоставляет ткани от плодов после аборта или выкидыша. В них они искали клетки со сходной генетической сигнатурой со стволовыми клетками мышей в ростовой пластинке, где происходит новый рост во время развития. Из них ученые выделили клетки, которые были источником новых костей и хрящей в лабораторных условиях.

Для уточнения, что у них действительно были скелетные стволовые клетки, команда ученых изучила фрагменты кости взрослого, медицинские отходы после операции по замене бедра и колена. Ученые нашли клетки с нужной сигнатурой и выращивали их в условиях лаборатории.

Исследователи сообщают, что клетки снова образовали новые кости и хрящи. Отметим, что клетки не являются источником жира, мышц или чего-либо еще.

Чтобы найти возможность получения большого количества таких клеток, команда культивирует генетически модифицированные нормальные взрослые клетки, называемые индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками, в ванне с соединениями, способствующими росту костей, и витаминами. Выделенные и выращенные в лабораторных условиях, они тоже развивались только в кости и хрящи.

В ходе исследования был выявлен возможный перспективный источник скелетных стволовых клеток: липосакцированный жир. Некоторые клетки, называемые стромальными клетками в жировых кровеносных сосудах, на самом деле являются типом стволовых. Выделив их и вырастив их в чашке вместе с белком фактора роста костей, ученые создали скелетные стволовые клетки.

Полмиллиона раз в год граждане США высасывают жир и выбрасывают его в качестве медицинских отходов», — говорят авторы исследования.

Врачи считают, что исследователям все еще нужно доказать, что они могут увеличить производство этих клеток. Могут ли они изолировать их в достаточно больших количествах, чтобы они были клинически полезны, займет некоторое время, чтобы это выяснить.

«Кость в чашке» может раскрыть причины возникновения рака, метастазирования, заживления кости

Исследователи разработали материал, который воспроизводит костную ткань человека с беспрецедентным уровнем точности, от его микроскопической кристаллической структуры до биологической активности. Они используют его для изучения основных процессов болезни, таких как происхождение метастатических опухолей в кости, а также для лечения крупных повреждений костей.

По сути, это миниатюрная кость в блюде, которую ученые могут произвести за 72 часа или меньше. Как настоящая кость, материал имеет трехмерную минеральную структуру, заполненную костными, нервными и эндотелиальными клетками, которые самоорганизуются в функционирующие кровеносные сосуды. Это первый случай, когда ученым удалось внедрить клетки в минералы, что и характеризует костную ткань. Именно это делает новый материал перспективным в качестве модели для изучения функций костей, заболеваний и регенерации костей.

С помощью этой модельной системы ученые способны детально выяснить, как костные клетки поражаются различными видами рака, как раковые клетки перемещаются в кость, как кость участвует в регуляции функции костного мозга. Результаты нового исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Ученым удалось воспроизвести архитектуру кости до нанометрового масштаба. Новая модель проходит тот же биофизический процесс формирования, что и кость. При этом конструкция, похожая на кость, создает микроокружение, достаточное для того, чтобы стимулировать стволовые клетки к созреванию в костных клетках. Затем ученые решили попробовать это с сосудистой системой и иннервацией кости.

Нервные клетки, добавленные к смеси, образовали взаимосвязанные сети, которые сохранились после минерализации. Эндотелиальные клетки также образовывали сети трубок, которые оставались открытыми после минерализации.Чтобы проверить полезность материала в качестве модели заболевания, исследователи имплантировали искусственную кость под кожу лабораторных мышей.

Через несколько дней лабораторные кровеносные сосуды соединились с сосудистой системой в теле мыши. Когда исследователи инъецировали клетки рака предстательной железы поблизости, они обнаружили, что рост опухоли у мышей, получавших минерализованные костные конструкции, был в три раза выше, чем у мышей с неминерализованным контролем.

Сейчас команда разрабатывает инженерные версии с клетками костного мозга, растущими в искусственной кости, для использования в качестве модели для изучения возникновения и развития рака крови, включая различные формы лейкемии. Кроме того, они протестировали сконструированный подобный кости материал в качестве замены поврежденной кости на моделях животных — с положительными результатами, о которых они обещали сообщить в ближайшем будущем.

Автор: Василиса Кузнецова

Поделитесь с друзьями