Исследователь боли и механобиолог Вольфганг Лидтке, профессор неврологии в Duke, сотрудничал с бывшим коллегой Duke и экспертом по хрящам Фаршидом Гилаком, который сейчас работает в Медицинской школе Вашингтонского университета, чтобы изучить активность чувствительных к давлению ионных каналов в хрящах. Их исследование появится 22 марта в Трудах Национальной академии наук.
Хрящ – это хорошо смазанная, эластичная ткань с низким коэффициентом трения, которая выравнивает поверхности суставов, смягчает движения и поглощает миллионы циклов механического сжатия.
Когда хрящ разрушается при болезненном остеоартрите, концы костей могут сойтись вместе кость с костью, что еще больше усиливает боль.
Клетки, которые создают и поддерживают хрящ, называются хондроцитами, и на их поверхности можно найти ионные каналы, чувствительные к силе, называемые Piezo1 и Piezo2.
В ответ на механическую нагрузку на сустав пьезоканалы посылают в клетку сигналы, которые могут изменить активность генов в этой клетке.
Обычно хондроциты производят внеклеточный матрикс, структурные белки и другие биомолекулы, которые придают хрящу механическую жесткость, эластичность и низкое трение. Но при остеоартрите дегенерация и нарушение работы этих клеток, которые не могут быть восстановлены путем деления клеток, способствуют прогрессирующему разрушению хряща.
Еще одним признаком остеоартрита является хроническое воспаление слабой степени, вызванное сигнальной молекулой под названием интерлейкин-1 альфа. Используя хрящевые клетки свиней и человеческие суставы, удаленные для операций по замене, исследователи хотели увидеть, как воспаление влияет на хондроциты.
Они обнаружили, что передача сигналов интерлейкина заставляет клетку производить больше пьезоканалов, что делает клетку еще более чувствительной к давлению и приводит к тому, что исследователи называют опасной петлей прямой связи, которая приводит к большему разрушению хряща.
«Интерлейкин перепрограммирует хондроциты, чтобы они стали более чувствительными к механическим травмам», – сказал Лидтке. "Цикл прямой связи медленно измельчает их, и ячейка не может быть заменена."
Лидтке описывает здоровый хондроцит как упругую сферу, «похожую на теннисный мяч», которая остается жесткой благодаря внутренней матрице актиновых волокон.
Но по мере того, как эти клетки теряют способность заменять актиновые волокна, «они становятся более мягкими и мягкими."
К сожалению, исследователи обнаружили, что чем мягче они становятся, тем больше создается пьезоканалов.
«Сверхэкспрессия пьезоканалов делает воспаленные хондроциты сверхчувствительными к механическим микротравмам, тем самым увеличивая риск механически вызванного повреждения хондроцитов и последующего прогрессирования остеоартрита», – сказал биомедицинский инженер Вхасил Ли, первый и соавтор по переписке, перешедший из лаборатории Лидтке в лабораторию Лидтке. открыть собственную лабораторию в Университете Рочестера
«Это хрящ перепрограммируется, чтобы нанести еще больший ущерб», – сказал Лидтке.
Для дальнейшего подтверждения исследователи обнаружили, что, блокируя активность пьезоканалов, можно восстановить мягкость хондроцитов.
Остеоартрит – наиболее распространенная форма артрита, поражающая миллионы людей во всем мире болью и скованностью суставов. Чаще всего встречается в коленях, бедрах и позвоночнике.
«Мы знали, что механическая нагрузка на сустав важна для поддержания здоровья хряща, – сказал Гилак. «В этом исследовании мы раскрыли механизм, с помощью которого чрезмерная нагрузка в условиях воспаления может создать ситуацию, которая может привести к прогрессирующей дегенерации хряща."
«Мы всегда ищем механизмы прямой связи, способствующие хроническим заболеваниям», – сказал Лидтке. "Здесь мы нашли один, который открывает нам двери для разработки методов лечения заболеваний, которых в настоящее время не существует для лечения остеоартрита."
Это исследование было поддержано грантами NIH AR072999, AR074240, AR073221, AR065653, AG15768, AG46927, DE027454, P30 AR069655, P30 AR074992 и P30 AR073752, Фондом артрита и Фондом Майкла Росса Хаффнера.