Ученые Duke и их сотрудники подошли на шаг ближе к пониманию того, как хрящ воспринимает вызывающее травму механическое напряжение на клеточном уровне: пара каналов, которые работают вместе, заставляя хрящевые клетки отмирать в массовом порядке.Используя вещество, обнаруженное в яде птицеедов, чтобы заблокировать эти каналы, исследователи предотвратили гибель клеток, вызванную механическим напряжением хряща.
Новые результаты, опубликованные 10 ноября в Proceedings of the National Academy of Sciences, могут стать потенциальными мишенями для лекарств для защиты суставов и предотвращения боли, связанной с повреждениями хрящей.«Самым захватывающим в этом исследовании было то, что оно показывает, что клетки вашего хряща, которые люди не считают типичными сенсорными клетками, имеют несколько сенсорных систем», — сказал Фаршид Гилак, профессор ортопедической хирургии Ласло Орманди в Duke. и один из ведущих авторов исследования.«Эти клетки очень сложны по своей способности ощущать свою механическую среду», — сказал Гилак, который проводил это исследование с Вольфгангом Лидтке, доктором медицины, доцентом неврологии, анестезиологии и нейробиологии Медицинской школы Университета Дьюка.Травмы суставов затрагивают миллионы людей и вызваны травматическими событиями, такими как падения, спортивные травмы и инфекции, а также более коварным повседневным износом наших хрящей.
Однако по сравнению с другими тканями хрящ заживает медленнее, потому что у него нет собственного кровоснабжения. И его клетки, называемые хондроцитами, больше не могут делиться, когда становятся зрелыми.Физическая активность полезна для хрящевой ткани. Ранее в этом году Гилак, Лидтке и их сотрудники обнаружили, что мягкая механическая стимуляция хрящевых клеток (аналогичная той, которая наблюдается во время легких упражнений) способствует их здоровью за счет активации ионного канала TRPV4.
Параллельная линия доказательств показала, что у мышей, лишенных каналов TRPV4, более вероятно развитие остеоартрита.К новому исследованию снова присоединились лаборатории Лидтке и Гилака, на этот раз для изучения реакции хондроцитов на более тяжелые механические нагрузки. Они обнаружили присутствие и роль еще двух механически чувствительных ионных каналов, Piezo1 и Piezo2, на хрящевых клетках.Пьезоканалы получили признание благодаря своей способности напрямую преобразовывать механическую силу.
Например, Piezo1 имеет решающее значение для определения полного мочевого пузыря. Piezo2 помогает нам чувствовать нежное прикосновение.
Хотя оба пьезоканала важны для множества организмов, включая одноклеточные простейшие и растения, никто не искал их в суставах, сказал Лидтке, который также является лечащим врачом в Duke Pain Clinics и членом Duke Institute for Brain Sciences.В самом деле, оба канала присутствовали, и они были активны в хондроцитах, когда постдокторский исследователь Хасил Ли сжал клетки с помощью индивидуального атомно-силового микроскопа.Однако, в отличие от других тканей, каналы реагировали вместе. Они реагировали не на легкое давление, а на компрессии, которые могли вызвать повреждение хряща.
Исследователи хотели посмотреть, может ли подавление пьезоканалов предотвратить гибель клеток. К счастью, тремя годами ранее соавтор Фредерик Сакс и его коллеги из Государственного университета Нью-Йорка, Буффало, обнаружили, что небольшой пептид, обнаруженный в яде птицеедов, названный GsMTx4, блокирует каналы Piezo1.
В новом исследовании синтетический GsMTx4 из лаборатории Сакса блокировал оба канала и защищал ткани суставов, живущие в чашке Петри, от гибели клеток в результате компрессионного повреждения. Кроме того, отключение каждого пьезоканала с использованием интерференции экспрессии генов сделало отдельные хондроциты более устойчивыми к насильственному сжатию.Группа также смогла повысить эффективность GsMTx4 в защите хондроцитов, добавив химическое вещество, которое заставляло пьезоканалы оставаться на поверхности клетки в течение более длительных периодов времени, эффективно снижая их чувствительность, сказал Лидтке.
Ученые планируют провести больше фундаментальных и трансляционных исследований, чтобы выяснить, как именно Piezo1 и Piezo2 работают вместе, роль этих каналов (и GsMTx4) у живого животного, а также могут ли их результаты использоваться для лечения посттравматических повреждений суставов и боль в суставах.