Исследование, проведенное под руководством исследователей из Медицинского колледжа Бейлора, исследование, опубликованное в журнале Cell Stem Cell, раскрывает новый механизм, который способствует поддержанию и восстановлению костей у взрослых и открывает возможность разработки терапевтических стратегий для улучшения заживления костей.
«Восстановление костей взрослого человека зависит от активации костных стволовых клеток, которые все еще плохо изучены», – сказал автор-корреспондент Dr. Донсу Пак, доцент кафедры молекулярной генетики и генетики человека, а также патологии и иммунологии в Бэйлоре. “Костные стволовые клетки были обнаружены как в костном мозге внутри кости, так и в надкостнице – внешнем слое ткани, покрывающей кость. Предыдущие исследования показали, что эти две популяции стволовых клеток, хотя и имеют много общих характеристик, также обладают уникальными функциями и специфическими регуляторными механизмами.”
Из этих двух периостальные стволовые клетки наименее изучены. Известно, что они состоят из гетерогенной популяции клеток, которые могут способствовать увеличению толщины, формированию и восстановлению костной ткани, но ученым не удалось провести различие между разными подтипами костных стволовых клеток, чтобы изучить, как регулируются их различные функции.
В текущем исследовании Парк и его коллеги разработали метод выявления различных субпопуляций периостальных стволовых клеток, определения их вклада в восстановление переломов костей на моделях живых мышей и определения конкретных факторов, которые регулируют их миграцию и пролиферацию в физиологических условиях.
Надкостничные стволовые клетки вносят основной вклад в заживление костей
Исследователи обнаружили специфические маркеры периостальных стволовых клеток на моделях мышей. Маркеры идентифицировали отдельную субпопуляцию стволовых клеток, которая способствует пожизненной регенерации костей взрослого человека.
«Мы также обнаружили, что стволовые клетки надкостницы реагируют на механическое повреждение, участвуя в заживлении костей», – сказал Парк. «Они важны для заживления переломов костей у взрослых мышей, и, что интересно, их вклад в регенерацию костей выше, чем у стволовых клеток костного мозга.”
Кроме того, исследователи обнаружили, что периостальные стволовые клетки также реагируют на воспалительные молекулы, называемые хемокинами, которые обычно вырабатываются при повреждении костей. В частности, они ответили на хемокин CCL5.
Стволовые клетки надкостницы имеют рецепторы – молекулы на их клеточной поверхности – которые связываются с CCL5, который посылает клеткам сигнал мигрировать к поврежденной кости и восстанавливать ее. Удаление гена CCL5 на моделях мышей привело к заметным дефектам восстановления кости или замедленному заживлению. Когда исследователи предоставили CCL5 мышам с дефицитом CCL5, заживление кости ускорилось.
Результаты предполагают потенциальные терапевтические применения. Например, у людей с диабетом или остеопорозом, у которых заживление костей происходит медленно и может привести к другим осложнениям, связанным с ограниченной подвижностью, ускоренное заживление костей может сократить время пребывания в больнице и улучшить прогноз.
“Наши результаты помогают лучше понять, как заживают кости взрослых. «Мы думаем, что это одно из первых исследований, показывающих, что костные стволовые клетки неоднородны и что разные подтипы обладают уникальными свойствами, регулируемыми определенными механизмами», – сказал Парк. «Мы определили маркеры, которые позволяют нам отличать подтипы костных стволовых клеток, и изучили, какой вклад каждый подтип вносит в здоровье костей. Понимание того, как регулируются функции костных стволовых клеток, дает возможность разработать новые терапевтические стратегии для лечения травм костей у взрослых.”