Исследование стволовых клеток Университета Южной Калифорнии в npj Regenerative Medicine представляет интригующие доказательства того, что большие повреждения костей могут запускать стратегию восстановления у взрослых, которая повторяет элементы формирования скелета в утробе матери. Ключом к этой стратегии восстановления является ген с подходящим героическим названием: Sonic hedgehog.
В исследовании первый автор Максвелл Серовоки, доктор философии. Франческа Мариани, студентка лаборатории стволовых клеток Университета Южной Калифорнии, и его коллеги внимательно изучили, как мыши способны отращивать большие участки отсутствующих ребер — способность, которую они разделяют с людьми, и один из самых впечатляющих примеров регенерации костей у млекопитающих . .
К своему удивлению, ученые обнаружили увеличение активности Sonic hedgehog (Shh) , которая играет важную роль в формировании скелета у эмбрионов, но ранее не была связана с восстановлением после травм у взрослых.
В их экспериментах оказалось, что Shh играет необходимую роль в заживлении центральной области больших участков отсутствующих ребер, но не в закрытии мелких переломов.
«Наши данные свидетельствуют о том, что крупномасштабная регенерация кости требует повторного развертывания программы эмбрионального развития с участием Shh , в то время как небольшие травмы заживают с помощью отдельной программы восстановления, которая не отражает развитие», — сказал Мариани, соавтор исследования и доцент кафедры стволовых заболеваний. клеточная биология и регенеративная медицина в Центре регенеративной медицины и исследований стволовых клеток Эли и Эдит Брод в Медицинской школе Кека Университета Южной Калифорнии.
Серовоки добавил: «До сих пор остается загадкой, какие факторы или условия приводят к активности Shh после крупных, а не мелких повреждений костей».
У мышей активность Shh кратковременно повышалась после большой травмы ребра, а затем быстро возвращалась к нормальному уровню в течение 5 дней. Хотя временное, это увеличение Shh было предпосылкой для успешного построения костной мозоли, которая является первоначальным каркасом, который перекрывает перелом или травму, но затем превращается в кость и регенерирует отсутствующий участок ребра. Мыши, генетически модифицированные с отсутствием Shh , не могли успешно образовывать мозоли или заживлять свои ребра.
Напротив, мыши, которые имели Shh во время травмы, но были генетически изменены, чтобы потерять Shh после 5-дневного периода заживления, смогли нормально восстановить свои ребра. Родственный ген, известный как Smoothened (Smo) , также требовался только в течение первых 5 дней процесса заживления.
Исследователи ожидали, что источником Shh будут специфические клетки-предшественники, которые, как ранее было показано группой, необходимы для заживления больших травм и находятся в надкостнице, которая является оболочкой ткани, окружающей каждое ребро. Вместо этого они обнаружили, что источником Shh была неожиданная популяция стволовых клеток, известных как мезенхимальные клетки. Когда эти мезенхимальные клетки увеличивали свою активность Shh , это, по-видимому, служило сигналом для вызова отдельной популяции клеток костного мозга, подобных стволовым клеткам , в место повреждения, чтобы помочь в процессе заживления.
«Наше открытие может дать информацию о будущих терапевтических стратегиях для ситуаций, когда у пациентов отсутствуют большие участки кости после травм высокой энергии, таких как дорожно-транспортные происшествия или боевые ранения, или после резекций костей, связанных с раком», — сказал соавтор Джей Р. Либерман, председатель и профессор ортопедической хирургии в школе Кека.
Дополнительными соавторами этого исследования USC являются Стефани Кувахара и Шуван Лю из отделения биологии стволовых клеток и регенеративной медицины, а также Венера Вахшори из отделения ортопедической хирургии.
Теги: биотехнологии, регенерация
