Новый инъекционный препарат на основе быстродвижущейся молекулы активирует регенерацию хряща всего за три дня. Эти «танцующие молекулы» ранее были эффективны при восстановлении тканей спинного мозга, но продемонстрированная ими универсальность воздействия на хрящ может указывать на то, что это распространенное явление. Следовательно, это соединение потенциально может быть использовано для восстановления многих других типов тканей.
Остеоартрит — дегенеративное заболевание суставов, от которого страдают почти 528 миллионов человек во всем мире. Болезнь затрагивает 365 миллионов человек, при этом чаще всего поражается коленный сустав. Обычно оно появляется в возрасте от сорока до пятидесяти лет и является одной из основных причин инвалидности.
Заболевание характеризуется изнашиванием хряща вокруг суставов, вызывая воспаление, сильную боль и скованность. На более поздних стадиях заболевания хрящ может стать настолько тонким, что превращается в кость без промежуточной амортизирующей структуры. Это вызывает перепроизводство синовиальной жидкости, что может привести к отеку и деформации суставов, характерным для этого заболевания.
Хотя симптомы можно облегчить с помощью физических упражнений и сбалансированной диеты (для наращивания мышечной массы и поддержания здорового веса), единственным доступным в настоящее время эффективным лечением является операция по замене сустава, которая является дорогостоящей и инвазивной. Единственная цель выбора лекарств – замедлить прогрессирование заболевания.
Кроме того, человеческий хрящ не может восстанавливаться после повреждения. «Регенеративного отбора не существует, потому что у людей нет врожденной способности регенерировать хрящ во взрослом возрасте», — объясняет Сэмюэл И. Ступп из Северо-Западного университета. Напротив, кость способна регенерировать после перелома, требуя непрерывного процесса обновления и восстановления, чтобы адаптироваться к постоянной механической нагрузке.
В 2021 году команда Ступпа обнаружила быстродвижущиеся молекулы, которые могут восстанавливать ткани и обратить вспять паралич после тяжелой травмы спинного мозга. В новом исследовании команда изучила, как эту стратегию можно применить к регенерации хряща. Другими словами, цель исследования заключалась в том, чтобы определить, могут ли эти «танцующие молекулы» стимулировать регенерацию упрямой хрящевой ткани.
«Когда мы впервые заметили терапевтический эффект танцующих молекул, у нас не было причин думать, что он применим только к спинному мозгу», — сказал Стамп, ссылаясь на новое исследование, недавно опубликованное в журнале Nature .
Молекулы, координирующие свои движения с клеточными рецепторами
Танцующие молекулы представляют собой большие агрегаты, которые образуют нановолокна (так называемые «супрамолекулярные полимеры»), состоящие из десятков или сотен тысяч молекул, и взаимодействуют с клеточными рецепторами. Фармакологическая передача сигналов в клетках происходит посредством связывания органических молекул с их поверхностными белками.
Обратите внимание: Население Земли быстро растет. В 2023 году нас будет 8 миллиардов.
Этот процесс может активировать или ингибировать реакции целевых биомолекул.В предыдущей работе Ступп и его коллеги обнаружили, что быстродвижущиеся молекулы могут легко обнаруживать и правильно взаимодействовать с клеточными рецепторами, которые также находятся в постоянном движении и чрезвычайно переполнены (и, следовательно, их трудно нацелить на обычные молекулы)). Эти молекулы также могут временно «выпрыгивать» из мест связывания, отсюда и название «танцующие молекулы».
После введения нановолокна имитируют внеклеточный матрикс окружающей ткани. В некотором смысле они адаптируются к структуре этой матрицы, координируют свое движение с движением своих рецепторов и интегрируют в нее биологически активные сигналы. Это позволяет индуцировать целевые реакции в клетках.
Универсальное средство, способное воздействовать на множество типов тканей
В лабораторных экспериментах исследователи нацеливались на специфические рецепторы, необходимые для формирования и поддержания целостности хрящевой структуры. Для этого они разработали циклический пептид, имитирующий трансформирующий фактор роста бета 1 (TGFb-1), который участвует в росте и пролиферации клеток. Затем пептид объединяется с двумя разными молекулами с образованием супрамолекулярных агрегатов в воде. Один из полимеров имеет структуру, позволяющую ему свободно перемещаться, а другой предназначен для ограничения движения всей молекулы.
«Мы хотели изменить структуру, чтобы сравнить две системы, которые движутся в разной степени. Одна система имеет гораздо более высокую интенсивность супрамолекулярного движения, чем другая», — объясняет Ступп.
Исследователи обнаружили, что полимер, предназначенный для обеспечения большего движения, более эффективно имитирует передачу сигналов TGFb-1. Он даже более эффективен, чем природные полимеры. Клетки человеческого хряща произвели большое количество компонента регенерирующего белка всего через три дня после воздействия этой молекулы. Это эффективно активирует выработку коллагена 2 типа и агрекана, которые являются основными белками, поддерживающими структуру хряща.
«Теперь мы видим воздействие на две совершенно несвязанные клетки: хрящевые клетки в суставах и нейроны в головном и спинном мозге. Это подтверждает мою идею о том, что мы, возможно, открыли универсальный феномен, который может распространяться, как и многие другие ткани», — говорит Ступп.
Эксперты полагают, что эти эффекты можно значительно улучшить с помощью доклинических моделей. В настоящее время проводится тестирование. Команда также планирует использовать человеческие органоиды для оценки влияния танцующих молекул на регенерацию костей. Тем временем исследователи подали заявку в Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США для получения разрешения на проведение клинических испытаний терапии восстановления спинного мозга.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Новый инъекционный препарат на основе быстро движущихся молекул активизирует регенерацию хряща всего за три дня.