Инъекционный препарат нового поколения, созданный на основе уникальных подвижных молекул, способен запустить процесс восстановления хрящевой ткани всего за трое суток. Эти так называемые «танцующие молекулы» уже доказали свою эффективность в регенерации тканей спинного мозга, а их успешное применение для хряща говорит о потенциально универсальном механизме действия. Это открывает перспективы для восстановления широкого спектра поврежденных тканей в организме человека.
Глобальная проблема остеоартрита
Остеоартрит — это серьезное дегенеративное заболевание суставов, от которого страдает около 528 миллионов человек по всему миру, причем 365 миллионов случаев связаны с поражением коленного сустава. Болезнь обычно начинает проявляться в возрасте 40-50 лет и является одной из ведущих причин, приводящих к инвалидности.
Суть заболевания заключается в постепенном изнашивании и разрушении хряща, что служит амортизатором в суставах. Этот процесс вызывает хроническое воспаление, интенсивную боль и ограничение подвижности. На поздних стадиях хрящ может полностью исчезнуть, приводя к прямому контакту костей, избыточному скоплению суставной жидкости, отекам и характерной деформации суставов.
На сегодняшний день методы лечения весьма ограничены. Физиотерапия и диета помогают лишь облегчить симптомы, а единственным радикальным решением остается дорогостоящая и травматичная операция по замене сустава. Медикаментозная терапия направлена в основном на замедление прогрессирования болезни, но не на излечение.
Почему хрящ не восстанавливается сам?
Ключевая проблема в лечении остеоартрита кроется в биологии. В отличие от костной ткани, которая обладает способностью к регенерации после переломов, хрящ у взрослого человека практически лишен этого свойства. Как объясняет профессор Сэмюэл И. Ступп из Северо-Западного университета, эволюция не наделила человека механизмами для самостоятельного восстановления хрящевой ткани во взрослом возрасте.
От спинного мозга к суставам: открытие «танцующих молекул»
Прорыв в этой области начался с исследований 2021 года, когда команда Ступпа обнаружила, что особые быстродвижущиеся молекулы способны восстанавливать ткани и даже обращать вспять последствия паралича после тяжелых травм спинного мозга. Ученые задались вопросом: можно ли применить эту же технологию к «упрямой» хрящевой ткани? Новое исследование было направлено именно на поиск ответа, могут ли «танцующие молекулы» стать ключом к регенерации хряща.
«Когда мы впервые увидели терапевтический эффект от танцующих молекул, у нас не было оснований полагать, что он работает только для спинного мозга», — отмечает Ступп в исследовании, опубликованном в журнале Американского химического общества.
Как работают «танцующие молекулы»?
Эти молекулы представляют собой сложные агрегаты, которые самоорганизуются в нановолокна (супрамолекулярные полимеры), состоящие из десятков или сотен тысяч отдельных единиц. Их уникальность — в способности взаимодействовать с клеточными рецепторами, которые сами находятся в постоянном движении в переполненной клеточной среде.
Обычным молекулам сложно точно «поймать» такие подвижные мишени. «Танцующие молекулы» решают эту проблему: они координируют свое движение с движением рецепторов, временно связываясь с ними и даже «отпрыгивая» обратно, что и дало им такое название. После инъекции эти нановолокна интегрируются в окружающую ткань, имитируя ее естественный внеклеточный матрикс и доставляя целенаправленные биологические сигналы клеткам.
Обратите внимание: Население Земли быстро растет. В 2023 году нас будет 8 миллиардов.
Создание универсального терапевтического инструмента
В своих экспериментах ученые сфокусировались на рецепторах, критически важных для формирования и поддержания хряща. Они создали циклический пептид, имитирующий действие естественного фактора роста TGFb-1, и соединили его с двумя типами молекул: одни могли свободно двигаться, а другие были более статичными.
На изображении показано, как хондроциты (клетки хряща) под воздействием быстродвижущихся молекул (слева) производят значительно больше ключевых белков (коллагена II типа и агрекана) для регенерации, чем под воздействием медленных молекул (справа).
«Мы сознательно создали две системы с разной степенью подвижности, чтобы сравнить их эффективность», — поясняет Ступп.
Результаты превзошли ожидания: полимер с высокой подвижностью оказался даже эффективнее природных аналогов в имитации сигналов роста. Всего через три дня после воздействия клетки человеческого хряща начали активно производить коллаген II типа и агрекан — основные структурные белки, из которых строится здоровая хрящевая ткань.
Перспективы и будущие шаги
«Теперь мы видим мощный эффект на двух принципиально разных типах клеток: хрящевых и нервных. Это укрепляет нас в мысли, что мы, возможно, нашли универсальный принцип, применимый к регенерации многих тканей», — делится выводами Ступп.
Ученые уверены, что эффективность метода можно еще больше повысить в ходе доклинических испытаний, которые уже ведутся. Планируется также использовать человеческие органоиды для оценки влияния «танцующих молекул» на восстановление костной ткани. Параллельно исследователи подали заявку в FDA (Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США) для получения разрешения на клинические испытания терапии для восстановления спинного мозга, что является важным шагом на пути к практическому применению открытия.
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.