Для суставов из одуванчиков

После оплодотворения яйцеклетка начинает делиться. Сначала две клетки, потом четыре, потом восемь. На этой стадии все клетки еще совершенно одинаковые. Их даже можно механически разделить – тогда из них получится хоть восемь одинаковых эмбрионов, а затем восемь почти одинаковых взрослых организмов.

Гиалиновая хрящевая ткань выстилает внутреннюю поверхность суставов. Она должна снижать трение в суставе и амортизировать нагрузку. Ткань состоит из клеток хондроцитов. Хондроциты выделяют в суставную полость различные низкомолекулярные вещества, в том числе межклеточный матрикс, непосредственно снижающий трение в суставе и обладающий определенной механической жесткостью. Утрата хондроцитов из-за болезни (например, остеоартроза) приводит к воспалению и болезненности в суставе и без лечения заканчивается значительным снижением подвижности в пораженном суставе. Заболеваемость остеоартрозом значительно увеличивается с возрастом, в пожилом возрасте болеет около трети населения, болезнь сильно снижает качество жизни и может приводить к потере трудоспособности.

Хотя первые клинические испытания лечения поврежденного хряща с помощью траснплантации хондроцитов из неповрежденного хряща того же пациента прошли уже более 20 лет назад, существенных успехов до сих пор не достигнуто. Вероятнее всего, это связано с низкой способностью хондроцитов к делению. И вот теперь найден новый неожиданный источник хондроцитов с высокой способностью к делению. Они нашлись в носовой перегородке.

После оплодотворения яйцеклетка начинает делиться. Сначала две клетки, потом четыре, потом восемь. На этой стадии все клетки еще совершенно одинаковые. Их даже можно механически разделить – тогда из них получится хоть восемь одинаковых эмбрионов, а затем восемь почти одинаковых взрослых организмов.

Потом клетки еще немного делятся, и образуется бластула – полый внутри шарик, поверхность которого состоит из всё еще примерно одинаковых клеток. Клетки бластулы – это еще эмбриональные стволовые клетки, они способны дифференцироваться в клетки любого типа. Когда ученые получают индуцированные плюрипотентные стволовые клетки – одним из доказательств успеха служит то, что при имплантации в бластулу такие клетки приживаются и участвуют в образовании нового организма наравне со всеми.

А вот дальше происходит гаструляция. Во время гаструляции клетки делятся на три зародышевых листка и приобретают уже свойства, характерные только для своего зародышевого листка. Если не перепрограммировать их специально, то сами по себе эти клетки могут превращаться уже в ограниченное число типов клеток. Из энтодермы образуется внутренний эпителиальный слой желудочно-кишечного тракта, печень и поджелудочная железа. Из мезодермы формируются мышцы, кровеносные сосуды, почки, а также костный и хрящевой скелет. Из нее же формируются хондроциты, живущие в суставах. А вот хондроциты носовой перегородки образуются из эктодермы. Как и нервная система, кожный эпителий, эпителий органов чувств, зубную эмаль и эпидермис.

Авторы работы обнаружили, что между хондроцитами носовой перегородки и хондроцитами из суставов есть принципиальная разница. Оказалось, что в хондроцитах суставов на значительном уровне синтезируются белки, кодируемые генами Hox. Гены Hox называются гомеозисными генами, из-за того, что мутации в них приводят к явлению, называемому гомеозисом. Гомеозис – это явление, при котором, например, конечности меняются местами или происходят еще какие-нибудь нарушения общего плана строения тела. Например, у дрозофилы мутации в гене Antennapedia приводят к тому, что ноги превращаются в антенны или на месте антенн вырастают ноги. Недавно был проведен эксперимент, в котором рыбам ввели гомеозисный ген мышей, отвечающий за развитие конечностей. В результате у рыб сформировались зачатки конечностей, пригодных для передвижения по суше. Гомеозисные гены выполняют очень важную функцию в организме: они отвечают за общий план строения всего тела. Поэтому они очень консервативны, по ходу эволюции увеличивается скорее их количество. Если заменить у мухи все ее гомеозисные гены на соответствующие гены курицы, развитие мухи проходит нормально.

Синтез белков, которые кодируют гомеозисные гены, свойствен полностью дифференцированным клеткам с невысоким пролиферативным потенциалом. И действительно, оказалось, что Hox-негативные хондроциты эктодермального происхождения обладают более высоким пролиферативным потенциалом, чем Hox-позитивные хондроциты мезодермального происхождения из суставов. Авторам работы удалось их размножить их в культуре и показать, что после имплантации в сустав в таких хондроцитах тоже начинается экспрессия генов Hox.

Хрящевая ткань сустава с имплантированными хондроцитами (K. Pelttari, B. Pippenger et al., Adult human neural crest–derived cells for articular cartilage repair. Sci. Transl. Med. 6, 251ra119 (2014).)

Доклинические испытания метода были проведены на козлах и показали неплохие результаты. В настоящий момент проходит пилотная стадия клинических испытаний. Испытания продолжаются 18 месяцев, в них участвует 7 пациентов.

Негативных побочных эффектов не обнаружено. Через четыре месяца после вмешательства на МРТ отмечались значимые улучшения. Авторы планируют опубликовать результаты испытаний в отдельной статье.