Ученые опробовали новый подход к регенерации остеопорозных переломов позвоночника

Переломы позвонков на фоне остеопороза остаются одной из самых сложных разновидностей костных травм: авторы исследования отмечают, что такие повреждения чаще других приводят к длительным болям, повторным деформациям и неполному восстановлению костной ткани. Даже хирургическое лечение не всегда обеспечивает стабильный результат, поскольку при остеопорозе кость хуже удерживает импланты и медленнее восстанавливается. На этом фоне исследовательская группа из Высшей медицинской школы Муниципального университета Осаки провела изучение биологического метода усиления регенерации — использование сфероидов стволовых клеток жировой ткани.

Цель исследования

Эти клетки привлекают внимание из-за своей доступности и устойчивости: их можно получить под местной анестезией, они хорошо размножаются и по сравнению с клетками костного мозга меньше подвержены возрастным изменениям. В исследовании подчёркивается, что при остеопорозе именно этот момент критичен — костный мозг истощён, а значит, получение полноценных клеток для регенерации затруднено.

Учёные предположили, что если такие клетки заранее перевести в остеогенное направление, а затем сформировать из них сфероиды — трёхмерные структуры, усиливающие взаимодействие клеток между собой, — то они смогут активнее включаться в процесс восстановления дефекта позвоночной кости. Для заполнения дефекта выбрали β-трикальцийфосфат, который служит биосовместимым каркасом.

Как проходил эксперимент

У 33 крыс индуцировали остеопороз с помощью овариэктомии и подтвердили его с помощью микро-КТ: минеральная плотность костной ткани снижалась более чем на 2,5 стандартных отклонения по сравнению с данными, полученными на контрольных животных.

Затем в телах позвонков L4–L5 создавали стандартный дефект и заполняли его одним из трёх вариантов: только β-трикальцийфосфат; β-трикальцийфосфат с недифференцированными сфероидами стволовых клеток жировой ткани; либо β-трикальцийфосфат с остеогенными сфероидами тех же клеток. Далее регенерацию наблюдали в течение четырёх и восьми недель, используя микрокомпьютерную томографию, гистологию, иммуногистохимию и механические тесты.

Что обнаружили исследователи

На ранних стадиях восстановления именно остеогенные сфероиды обеспечивали наиболее быстрое увеличение объёма новой костной ткани в зоне дефекта. Это подтверждалось сериями микро-КТ: объём регенерации был выше как в четырёхнедельной, так и в восьминедельной точке наблюдения.

Гистологическая оценка показала, что β-трикальцийфосфат постепенно замещался костной тканью, и в группе остеогенных сфероидов этот процесс шёл заметно активнее. Визуально в этих образцах наблюдались зоны плотного новообразованного костного матрикса, а на его поверхности — клетки, морфологически напоминающие остеобласты.

Иммуногистохимия также подтверждала более интенсивный остеогенез: в этой группе исследователи обнаружили яркую экспрессию щелочной фосфатазы, инсулиноподобного фактора роста-1 и остеокальцина — факторов, тесно связанных с формированием костной ткани. Дополнительно было показано, что меченые зелёным флуоресцентным белком клетки сохранялись в зоне повреждения как через четыре, так и через восемь недель.

Подпишитесь прямо сейчас на наш телеграм-канал, чтобы следить за ветеринарными новостями.

Биомеханические тесты демонстрировали повышение прочности восстановленных позвонков в группе остеогенных сфероидов по сравнению с контролем, что указывает на функциональное улучшение структуры кости, а не только на морфологическое заполнение дефекта.

В анализах in vitro остеогенные сфероиды подавляли апоптоз сильнее, чем одиночные клетки, и характеризовались повышенной экспрессией ключевых регуляторов остеогенеза — Runx2, остеокальцина, щелочной фосфатазы, а также факторов BMP-7, IGF-1, HGF-1 и Oct4. Исследователи интерпретируют это как сочетание двух механизмов: прямого участия клеток в формировании новой кости и паракринного стимулирования собственных клеток организма.

Выводы

По словам авторов, использование сфероидов стволовых клеток жировой ткани, предварительно переведённых в остеогенное направление, значительно усиливает восстановление костной ткани в модели остеопоротического дефекта позвонков у крыс. Такая комбинация с β-трикальцийфосфатом способствует более активному формированию новой кости, улучшает прочность восстанавливаемого участка и уменьшает признаки разрушения клеток.

Исследователи подчёркивают, что методика демонстрирует потенциал для дальнейшего изучения, однако для перехода к клиническому этапу необходимы исследования на крупных животных и долгосрочная оценка безопасности.

Источник: boneandjoint.org.uk