Костната фрактура при мишки с диабет се лекува по-добре в присъствието на протеин, който стимулира активността на скелетните стволови клетки, според проучване, проведено от изследователи от Медицинското училище в Станфордския университет в Пало Алто, Калифорния, САЩ и публикува това седмица в „Научна транслационна медицина“.

костна

Протеинът противодейства на намаляването на активността на стволовите клетки, което изследователите наблюдават както при миши модели на диабет, така и при костни проби от пациенти с диабет, претърпели подмяна на ставите. Авторите се надяват, че откритието ще доведе до начини да се помогне на хората с диабет да излекуват фрактурите на костите по-ефективно.

„Открихме защо някои пациенти с диабет не се лекуват добре от костна фрактура и намерихме решение, което може да се приложи локално по време на операция за възстановяване на почивката“, казва директорът на Станфордския институт по биология на стволовите клетки и регенеративна медицина., Майкъл Лонгакер. "Диабетът е широко разпространен по целия свят и всяко подобрение в способността на засегнатите да лекуват фрактури може да има изключително положителен ефект върху качеството им на живот", добавя той.

Лонгакер, професор по пластична и реконструктивна хирургия, и съавтори Чарлз Чан, изследовател в Института за стволови клетки, и Рут Тевлин, постдокторант, надграждат върху предишна работа, в която те и колегите в лабораторията на автора Ирвинг Вайсман, професор по патология и биология на развитието, идентифицира и описва популация от клетки в костите на мишки, които служат като скелетни стволови клетки.

Тези възрастни стволови клетки могат да станат всички компоненти на костната система, включително кост, хрущял и част от костния мозък, известна като строма. Тези експерти по-късно показаха, че заздравяването на костните фрактури при мишки е силно нарушено, когато тези стволови клетки са изчерпани, констатация, която ги накара да се замислят.

„Искахме да приложим това, което знаем за скелетните стволови клетки, към проблема с лошото заздравяване на костите при хора с диабет, казва Чан.

Изследователите са използвали миши модел на диабет тип 2, при който заболяването възниква, когато животните са на възраст около четири седмици. Преди развитието на болестта, преддиабетните мишки са успели да излекуват фрактурите на костите на краката толкова ефективно, колкото и гризачите от див тип, видяха изследователите.

За разлика от това, след като болестта се прояви, възстановената кост беше значително по-слаба и по-малко плътна от костта при контролните животни. Когато сравняват броя на SSC ​​в зарастващата кост седем дни след фрактурата, те установяват, че гризачите с диабет имат значително по-ниски количества от тези клетки, отколкото контролните животни.

Поредица от експерименти изключиха системна причина за това намаляване на броя на стволовите клетки и потвърдиха, че самите клетки са напълно функционални, оставяйки само възможен проблем със сигналите, които клетките получават от околната среда или местоположението. Когато Тевлин и колегите му анализираха тази среда, те видяха, че диабетните животни произвеждат значително по-ниски нива на семейство сигнални протеини, наречени таралеж, за които е известно, че играят критична роля в много биологични процеси, като ембрионално развитие и регенерация на тъканите.

Изследователите си сътрудничат със съавтора Филип Бийчи, професор по биохимия и биология на развитието, за да проверят дали изкуственото блокиране на сигналния път на таралежа може да наруши заздравяването на костите при недиабетни мишки. По този начин те откриха, че при контролните мишки, изложени на молекула, която блокира този път, възстановените кости са по-слаби и по-крехки, както при диабетните животни.

"Така че трябваше да тестваме дали добавянето на сигналните протеини на таралежа обратно към местната среда при диабетните животни е възстановило способността им да лекуват фрактури", обяснява Лонгакер. Изследователите си сътрудничат със съавторите Фан Янг, асистент по биоинженерство и ортопедична хирургия и постдокторант Учен Синмин Тонг, за да проектират биологично чист хидрогел, в който са вградени сигнални протеини на таралеж и гелът е нанесен директно върху мястото на фрактурата. „И тези животни се излекуваха като нормални мишки“, подчертава Лонгакер.

И накрая, екипът се свърза със съавтора Стюарт Гудман, професор по ортопедична хирургия, за да получи костни проби от пациенти с диабет, които са подложени на заместване на ставите за остеоартрит. Те сравняват експресията на важни протеини за сигналния път на таралежа в тези проби с други, получени от пациенти без диабет.

Обикновено тази тъкан би била изхвърлена от хирурга, но в този случай тя съдържаше важни улики. „Това, което видяхме в тези човешки проби, беше отражение на това, което видяхме при мишки“, казва Чан. Костите на пациенти с диабет показват значително намаляване на експресията на тези важни сигнални протеини ".

Longaker, Chan и Tevlin вярват, че инхибирането на сигналния път на таралежа възниква от свързано с диабет възпаление, което причинява високи нива на молекула, наречена тумор некротизиращ фактор-алфа (TNF-алфа). Известно е, че нивата на TNF-алфа са повишени при пациенти с диабет и изследователите наблюдават съответно увеличение на техните миши модели на заболяването.

Те също така откриха, че тези повишени нива на TNF-алфа инхибират експресията на някои членове на семейство таралежи. Въпреки това, прякото инхибиране на цялата TNF-алфа активност може да има други ужасни последици за животно или човек, тъй като TNF-алфа играе много важни биологични роли.

„Измислихме осъществима стратегия за обръщане на специфична тъканна патология - невъзможността да се лекуват ефективно скелетните фрактури - при сложно метаболитно заболяване като диабет чрез локално прилагане на съединение за стимулиране на активността на възрастните стволови клетки“, обобщава той. Longaker.

Абонирайте се за нашия бюлетин

Регистрирайте се за пощенския списък и бъдете в крак с всички новини относно диабета