Большинство людей могут ожидать сломать около двух костей за свою жизнь, но люди с несовершенным остеогенезом, также известные как болезнь хрупкости костей, могут сломать сотни костей, даже не дожив до половой зрелости. И хотя здоровые кости могут сломаться в результате сильного падения или крушения автомобиля, у болезни хрупкости костей может вообще не быть видимой причины.
Несовершенный остеогенез, или НО, классифицируется как редкое заболевание, поражает 6-7 человек из каждых 100000 живорождений и может иметь различную степень тяжести в зависимости от конкретной мутации. И хотя в настоящее время существует несколько вариантов лечения и нет лекарства, Meenal Mehrotra, M.D., Ph.D., и ее лаборатория недавно опубликовали многообещающие результаты в журнале Stem Cells, чтобы восполнить этот пробел в знаниях.
Мехротра, доцент кафедры патологии и лабораторной медицины MUSC Health и главный исследователь, работающий в этой статье, указывает на мутацию в гене коллагена как на главную причину слабых костей, связанных с ОИ. "Коллаген – это матрица или основа наших костей," сказал Мехротра. "А когда он видоизменяется, наши кости становятся очень хрупкими и очень легко ломаются."
Помимо построения костей и удержания их вместе, коллаген – это белок, содержащийся в кровеносных сосудах, органах, роговицах и зубах, что означает, что болезнь хрупких костей может повлиять на зрение и здоровье костей человека и даже на его слух. К сожалению, текущие варианты лечения сосредоточены на симптомах ОИ, а не на его причине, а используемые лекарства могут иметь долгосрочные побочные эффекты.
В своем исследовании Мехротра вернулась к началу – она посмотрела на остеобласты, клетки, производящие коллаген. "Мутировавшие остеобласты производят мутировавший коллаген," она сказала. Но если она сможет заменить остеобласты, она сможет изменить вырабатываемый коллаген и, следовательно, кость, которая из него прорастает.
Остеобласты и остеокласты имеют решающее значение для роста и ремоделирования костей. Как динамическая ткань с постоянным обменом веществ, кость требует постоянного взаимодействия между ее клетками. Остеобласты образуют новую кость, а остеокласты реабсорбируют старую или поврежденную кость; обе функции необходимы для сохранения прочности костей. Заменяя поврежденные или мутировавшие остеобласты на здоровые, Мехротра и ее лаборатория предлагают терапевтический вариант. В то время как текущие результаты показывают эффективность на моделях животных, Мехротра надеется передать свои результаты людям в будущем.
Текущая догма указывает на то, что мезенхимальные стволовые клетки (МСК) являются источником остеобластов, но трансплантация МСК не привела к долгосрочному успеху в качестве варианта лечения. Гематопоэтические стволовые клетки (ГСК) обычно дают начало клеткам крови и остеокластам, но Мехротра предположил, что они также могут давать начало остеобластам.
И эта идея побудила ее исследовать трансплантацию HSC у мышей с болезнью хрупкости костей.
Не все биологи согласны с тем, что HSC могут давать начало как кровяным, так и костным клеткам, поэтому Мехротра считает свою гипотезу спорной. "В прошлом было мало исследований по этой теме," она сказала. "Дело не в том, что люди не размышляли об этом раньше, но так много ученых не соглашаются каждый раз, когда это обсуждается, что это не было изучено подробно."
Мехротра посвятила большую часть своей статьи подробному описанию того, как она подтвердила, что только HSC ответственны за результаты ее исследования. Используя клональную популяцию HSC от мышей, которые экспрессировали зеленый флуоресцентный белок (GFP) только в своих остеобластах, Mehrotra и ее лаборатория провели исследования по отслеживанию клонов. Эти исследования установили, что гемопоэтические стволовые клетки являются клетками, которые могут дифференцироваться в остеобласты, что затем привело к клиническим улучшениям у мышей с НО.
Этот метод клональной трансплантации HSC был разработан наставником Mehrotra Макио Огава, М.D., Ph.D., который до выхода на пенсию был профессором отделения патологии в MUSC Health. Его метод обеспечения того, чтобы клональная популяция состояла только из HSC и не содержала никаких MSC, позволил Мехротре быть уверенным в своих результатах.
Чтобы трансплантировать охарактеризованные HSC, лаборатория Mehrotra сначала облучила мышей, чтобы удалить их текущий костный мозг и освободить место для более здоровых клеток. Затем новые HSC были трансплантированы мышам через капельницу, где они дали начало продуцирующим коллаген остеобластам. Mehrotra обнаружила, что этот процесс заменяет от 20 до 40% остеобластов в длинных костях мышей, что выше, чем процент, наблюдаемый при трансплантации МСК, и, таким образом, показывает долгосрочный успех.
"Мы думаем, что у этого есть потенциал в качестве лечебной терапии," Мехротра сказал. "Заменяя аномальные остеобласты на нормальные, которые затем могут выделять нормальный коллаген, мы стремимся к терапии, которая может привести к реальному излечению."
Необходимы дополнительные исследования, прежде чем этот метод станет терапевтическим вариантом для пациентов, но Мехротра считает, что это многообещающее начало. Заменяя остеобласты, она предлагает терапевтическую возможность, которая не зависит от конкретной мутации, а просто от наличия мутации, что означает, что она потенциально может быть переведена на другие формы НО и другие заболевания костей в будущем.
Mehrotra надеется изучить трансплантацию HSC как перспективную стратегию аутотрансплантации. Существует две важные формы трансплантации: аутотрансплантация и аллотрансплантация. При аутотрансплантации клетки или органы удаляются у одного человека, а затем трансплантируются обратно тому же человеку. При аллотрансплантации клетки или органы поступают от другого человека, что несет в себе риск отторжения или реакции трансплантат против хозяина. Mehrotra предлагает, чтобы с помощью технологии CRISPR-Cas9 ученые могли исправить мутацию коллагена в HSC пациента с OI, прежде чем трансплантировать эти исправленные HSC обратно в систему того же пациента, где они могут образовывать нормальные, продуцирующие коллаген остеобласты.
Выполняя это исследование, Mehrotra рассматривает противоречие вокруг способности HSCs давать начало остеобластам. Она надеется, что больше исследователей учтут перспективы использования гемопоэтических стволовых клеток при заболеваниях костей, и она надеется и дальше помогать пациентам с такими изнурительными заболеваниями костей, как OI, повысить качество жизни.