Учёные усилили восстановление тканей вокруг зубов с помощью модифицированных стволовых клеток

Исследователи изучили, почему стволовые клетки зубного фолликула с возрастом хуже участвуют в восстановлении тканей, и предложили способ поддержать их работу. В лабораторных опытах повышение уровня белка IGFBP5 уменьшало признаки клеточного старения и усиливало способность клеток формировать костную ткань. Затем учёные поместили модифицированные клетки в гидрогель и испытали конструкцию на крысах с экспериментальным пародонтитом.

Почему исследователи занялись старением клеток

Пародонт — это ткани, которые удерживают зуб: десна, связка, цемент корня и окружающая кость. При пародонтите воспаление может сопровождаться разрушением этих структур. Даже после лечения добиться полноценного восстановления утраченной ткани сложно.

Стволовые клетки зубного фолликула способны превращаться в клетки разных тканей и участвовать в их обновлении. Но по мере старения они хуже размножаются, мигрируют и формируют костную ткань. Это ограничивает их возможности в регенеративном лечении. Авторы исследования решили выяснить, какие молекулярные изменения сопровождают этот процесс и можно ли на них повлиять.

Для опытов использовали клетки зубного фолликула, полученные из удалённых третьих моляров молодых доноров. Старение клеток моделировали двумя способами: длительно выращивали их в культуре либо подвергали окислительному стрессу. В обоих случаях клетки показывали больше признаков старения и хуже образовывали минерализованную ткань.

Какую роль играет IGFBP5

Сравнив активность генов в молодых и состаренных клетках, исследователи обратили внимание на IGFBP5 — белок, участвующий в регуляции клеточных процессов. Его уровень снижался в обеих моделях старения. Когда учёные дополнительно уменьшали количество IGFBP5, признаки старения усиливались, а способность клеток к формированию костной ткани падала.

При повышении выработки IGFBP5 наблюдалась обратная картина. В клетках, подвергнутых окислительному стрессу, уменьшались показатели повреждения и клеточного старения, а активность маркеров костеобразования и образование минеральных отложений возрастали. При этом восстановление было частичным: не все показатели возвращались к уровню молодых клеток.

Авторы также исследовали сигнальный путь Wnt — систему передачи сигналов, которая регулирует поведение клеток. Повышение уровня IGFBP5 сопровождалось снижением активности белка WNT5B и ряда компонентов неканонической ветви этого пути. Когда исследователи добавляли WNT5B обратно, положительный эффект IGFBP5 на формирование минеральной ткани частично ослабевал. Это указывает на участие WNT5B в обнаруженном механизме, хотя точная последовательность причин и следствий ещё требует проверки.

Зачем понадобился гидрогель

Изменить свойства клеток в лаборатории недостаточно: при пересадке их нужно доставить к повреждённому участку и сохранить жизнеспособность. Для этого учёные изготовили гидрогелевый каркас на основе желатина и модифицированных частиц гидроксиапатита — вещества, близкого по составу к минеральному компоненту кости.

В каркас поместили клетки с повышенной выработкой IGFBP5. В лабораторных испытаниях такая конструкция поддерживала их жизнеспособность в условиях окислительного стресса и способность участвовать в костеобразовании.

Затем подход проверили на крысах, у которых смоделировали пародонтит. Животных разделили на группы: одни не получали клеточную терапию, другим вводили гидрогель без клеток либо гидрогель с обычными или модифицированными клетками. Примерно через четыре недели исследователи оценили состояние тканей с помощью микрокомпьютерной томографии и изучения тканевых срезов.

Наиболее выраженные признаки восстановления обнаружили в группе, получившей гидрогель с клетками с повышенным уровнем IGFBP5. По сравнению с другими группами лечения у этих животных были выше показатели плотности и объёма кости, а состояние тканей вокруг зуба оказалось ближе к здоровому. Исследователи также отметили меньше признаков воспаления и более упорядоченное расположение коллагеновых волокон.

Что это означает для пациентов

Работа показывает перспективность подхода, но не подтверждает его эффективность или безопасность у людей. Значительная часть опытов проведена на клетках, искусственно состаренных в лаборатории, а испытание гидрогеля — на небольшой группе животных. Пока неизвестно, будут ли клетки пожилых пациентов реагировать так же и как поведёт себя такая конструкция в тканях человека при длительном наблюдении.

Авторы считают, что дальнейшие исследования должны проверить механизм действия IGFBP5 и WNT5B на клетках пациентов старшего возраста, оценить долгосрочную безопасность и отработать способ доставки гидрогеля. 

Источник — www.nature.com