Исследователи разработали новый способ изучения костных заболеваний и роста костей, используя стволовые клетки пациентов, страдающих редким генетическим заболеванием костей. Подход, основанный на методах, удостоенных Нобелевской премии, может пролить свет на болезнь, при которой мышцы и сухожилия постепенно превращаются в кости, и обратиться к аналогичному деструктивному процессу, от которого страдает все большее число ветеранов, получивших взрывные травмы, включая травматические ампутации или травмы. в мозг и нервную систему. Это коварное затвердевание тканей также поражает некоторых пациентов после замены суставов или тяжелых травм костей.
Модель заболевания, описанная в новом исследовании группы под руководством Калифорнийского университета в Сан-Франциско, включает взятие клеток кожи у пациентов с заболеванием костей, их перепрограммирование в лабораторной посуде до их эмбрионального состояния и получение из них стволовых клеток.
Получив стволовые клетки, команда определила клеточный механизм, который вызывает аномальный рост костей при неизлечимом заболевании костей, которое называется fibrodysplasiaossificans progressiva (FOP). Кроме того, они обнаружили, что определенные химические вещества могут замедлять аномальный рост костей в стволовых клетках, открытие, которое может помочь в разработке будущих лекарств.
Клинически генетические состояния и состояния, вызванные травмами, очень схожи: образование кости в мышцах приводит к боли и ограничению движений, по словам руководителя нового исследования Эдварда Сяо, доктора медицины, доктора философии, эндокринолога, который заботится о пациентах с редкими и тяжелыми заболеваниями. необычные заболевания костей в Клинике метаболизма костей UCSF в отделении эндокринологии и метаболизма.
Ожидается, что модель заболеваний на основе клеток человека приведет к лучшему пониманию этих расстройств и других болезней, сказал Сяо.
"Новая модель ФОП уже пролила свет на процесс заболевания при ФОП, показав, что мутировавший ген может влиять на различные стадии формирования кости," Сяо сказал. "Эти различные стадии представляют собой потенциальные цели для ограничения или остановки прогрессирования заболевания, а также могут быть полезны для блокирования аномального образования кости в других состояниях, помимо ФОП. Линии человеческих стволовых клеток, которые мы разработали, будут полезны для идентификации лекарств, которые нацелены на процесс формирования костей у людей."
Разработка и экспериментирование с моделью стволовых клеток человека для ФОП, опубликованной в декабрьском выпуске журнала Orphanet Journal of Rare Diseases, является реализацией перспектив исследований с использованием стволовых клеток того типа, который известен как индуцированный плюрипотент. стволовые (iPS) клетки, бессмертные клетки с почти безграничным потенциалом, полученные не из эмбрионов, а из взрослых тканей.
Шинья Яманака, доктор медицины, доктор философии, профессор анатомии UCSF и старший исследователь из институтов Гладстона, входящих в UCSF, а также директор Центра исследований и приложений iPSCell (CiRA) и главный исследователь в Университете Киото, поделились своими впечатлениями. Нобелевская премия 2012 года за открытие, как с помощью небольшого количества белка получать iPS-клетки из клеток кожи "факторы." Эти факторы направляют процесс перепрограммирования, который возвращает клетки в эмбриональное состояние, в котором они могут стать практически любым типом клеток.
Поскольку травмы и операции могут спровоцировать быстрое формирование костной ткани у пациентов с ФОП, получение образцов ткани для обширного лабораторного исследования чрезвычайно затруднено. Клетки iPS человека представляют собой уникальное решение, позволяя создавать необходимые ткани в лаборатории. Сяо и его коллеги тщательно собрали образцы кожи у доноров, а затем вырастили клетки кожи в культуре, прежде чем преобразовать их в клетки iPS, используя методы, созданные Яманакой.
Помимо предоставления альтернативы эмбриональным стволовым клеткам для потенциального использования при регенерации пораженных тканей, iPS-клетки используются для получения дополнительной информации о заболеваниях, особенно о заболеваниях, вызванных мутировавшими генами.
В отличие от клеток кожи, из которых они произошли, человеческие iPS-клетки, созданные из пациентов с ФОП, демонстрируют повышенное образование хряща и повышенную минерализацию кости – два важных шага, которые необходимы для формирования зрелой кости. Костные морфогенетические белки (BMP) играют центральную роль в формировании кости в мышцах. FOP возникает в результате генной мутации, которая вызывает дефект рецепторного белка, с которым связываются BMP, тем самым увеличивая образование костей.
"Эти клетки станут ключевым инструментом для поиска способов стимулирования и контроля роста костей человека для регенеративной медицины или восстановления костей," Сяо сказал. "Клетки iPS могут также помочь нам определить методы лечения более распространенных заболеваний, таких как атеросклероз и кальцификация сосудов, поскольку в этих медицинских состояниях задействованы одни и те же пути костного морфогенетического белка."