Как известно, переломы костей у пожилых людей протекают медленно и с трудом поддаются лечению. Теперь исследователи из Медицинской школы Стэнфордского университета определили простой способ повысить эффективность хирургического процесса, называемого костной пластикой, который может значительно ускорить рост новой, здоровой кости в ответ на травму.
В исследованиях с участием мышей и кроликов исследователи обнаружили, что быстрое погружение в ванну с сигнальным белком Wnt3a может ускорить рост вялых костно-образующих клеток у старых животных, которые обычно не могут заживить перелом. Если простое лечение в конечном итоге окажется эффективным для людей, оно может значительно улучшить эффективность костных трансплантатов, которые в США выполняются более 500000 раз в год.
"Мы очень сосредоточены на разработке лечения, которое могли бы легко использовать хирурги-ортопеды при нормальном ходе костной пластики," сказал профессор хирургии Джилл Хелмс, DDS, PhD. "Мы показали, что, когда мы временно обрабатываем костный мозг старых животных с помощью Wnt перед трансплантацией клеток в место перелома, мы видим действительно прочное костеобразование."
Хелмс – старший автор исследования, опубликованного 17 июля в Journal of Bone and Joint Surgery. Филипп Леухт, доктор медицины, резидент ортопедической хирургии в Стэнфорде, является ведущим автором.
"Переломы бедра у пожилых людей почти в три раза увеличивают риск смерти в течение года после травмы, а быстро стареющее население требует более эффективных методов лечения этого типа травм," сказал Хелмс.
Временный характер лечения, описанного в статье, и тот факт, что оно проводится вне организма, важны, потому что Wnt является мощным стимулятором роста и развития для многих типов клеток. Введение белка в организм, где он может повлиять на клетки волей-неволей, вызывает опасность неконтролируемого распространения и рака.
Костная пластика включает пересадку цельного костного мозга, богатого стволовыми клетками, из которых формируются кости, кровь и клетки иммунной системы, в место перелома. Хотя во избежание отторжения предпочтительнее использовать собственные ткани пациента, костный мозг пожилых людей выглядит и действует совсем не так, как молодой костный мозг; с возрастом наш костный мозг начинает больше походить на жировую ткань, чем на фабрику детей или молодых людей по производству крови и костей.
В результате хирурги-ортопеды иногда используют донорскую кость или костный мозг или полагаются на действие лекарств, которые включают морфогенетические белки кости, или BMP, для стимуляции роста костей. Но началась охота, чтобы найти альтернативы, которые позволили бы использовать собственные клетки пациента без лекарств.
Новое открытие является продолжением предыдущей работы в лаборатории Хелмса, направленной на разработку способа получения биологически активной формы привередливой молекулы Wnt, которую трудно очистить и растворить в жидкостях. В 2010 году Хелмс и Руланд Нусс, доктор философии, профессор биологии развития из Стэнфорда, показали, что они могут присоединять белок Wnt к крошечным, безопасным для воды молекулярным пузырькам, называемым липосомами, которые можно вводить непосредственно лабораторным животным с переломами. Предыдущее исследование показало, что это лечение способствовало быстрому росту новой кости, но сохранялись опасения по поводу безопасности его использования у людей.
В текущем исследовании Helms и Leucht собрали цельный костный мозг лабораторных мышей, генетически модифицированных для экспрессии флуоресцентного белка. Затем они трансплантировали этот костный мозг в 2-миллиметровые круглые отверстия, которые они создали в черепах анестезированных мышей, и проследили судьбу флуоресцентно меченных трансплантированных клеток.
Исследователи обнаружили, что в течение семи дней пересаженные клетки костного мозга оставались в месте повреждения и начали активно делиться. Со временем дефекты у мышей, получивших костный трансплантат, полностью зажили. Напротив, необработанные мыши не могли заполнить отверстие новой костью.
Когда Леухт и Хелмс повторили эксперимент с костным мозгом старых животных – лабораторных мышей старше 40 недель – они увидели совсем другой результат. У животных-реципиентов теперь гораздо меньше костной ткани в месте травмы. При более внимательном рассмотрении выяснилось, что в более старом костном мозге уровень белка Wnt был ниже, чем в костном мозге более молодых животных.
Наконец, исследователи подвергли старый донорский костный мозг кратковременной ванне с Wnt3a или контрольным раствором перед трансплантацией реципиентам. В течение семи дней у животных, которым вводили обработанный Wnt костный мозг, в месте повреждения было вдвое больше новой кости, чем у контрольных животных.
Исследователи повторили свои эксперименты на кроликах, у которых более длинные кости, более похожие на человеческие. Опять же, они обнаружили, что кратковременная обработка старого костного мозга с помощью Wnt3a значительно улучшает способность клеток заживлять смоделированные переломы в ноге животных-реципиентов.
"Наши результаты имеют прямое значение для людей," Хелмс сказал. "С возрастом наше исцеление становится менее надежным. Теперь у нас есть основания полагать, что это может быть частично связано с общим снижением передачи сигналов Wnt. Если мы сможем временно активировать этот сигнал, пока костный мозг находится вне тела, мы сможем обеспечить временный, столь необходимый импульс активности стволовых клеток в костном мозге."