„Умни“ хрущялни клетки ще произвеждат лекарство срещу възпаление на ставите

В търсене на нови форми на лечение на остеоартрита изследователи от медицинското училище към Вашингтонския университет в Сейнт Луис успяват да нанесат генетични промени в хрущялните клетки, така че да освобождават произведено от тях противовъзпалително лекарство, когато човек извършва движения, като например сгъване на коляно или друго, причиняващо сериозен стрес на ставите.

Един от най-ранните симптоми на остеоартрит е болката при движения, които оказват така наречения механичен стрес върху ставата. Ставният дискомфорт при навеждане, клякане или вдигане на тежест може да ограничи значително свободата на движение, а оттам и да възпрепятства извършването на ежедневни дейности. Екипът от учени открива, че чрез промяна в гените на хрущялните клетки в лабораторни условия, те всъщност ги препрограмират да произвеждат специално противовъзпалително лекарство, което да се бори с негативните ефекти от механичния стрес.

Проучването им е публикувано онлайн на 27.01.2021 г. в списание „Science Advances.“

Според Фаршид Гюлак, професор по ортопедична хирургия, „медикаменти като ибупрофен и напроксен срещу ставни болки и леки възпаления, са основните средства за облекчаване състоянието на пациенти с остеоартрит, но до момента не е намерена терапия, която да предпазва ставите от увреждания.“

Генетична модификация на хрущялните клетки

Той и колегите му фокусират вниманието си върху така наречената механогенетика, която им позволява да модифицират по изкуствен път хрущялните клетки, за да могат те да реагират при всяко механично натоварване на ставата. Те ще произвеждат биологично лекарство, което да ограничи едновременно възпалителния процес и уврежданията, резултат от артритното заболяване.

Гюлак е помощник-директор на Центъра по регенеративна медицина към Вашингтонския университет и директор на направление „Изследвания“ в детска болница „Shriners“ в Сейнт Луис. В самото начало професорът провежда своите експерименти върху хрущялни клетки от прасе, като целта му е да проследи как реагират те по време на механичен стрес.

Робърт Нимс, който работи в лабораторията на Гюлак, споделя: „В лабораторни условия имахме възможността да наблюдаваме как реагират клетките на стрес при натоварване, както и кои биохимични процеси се активират в тях тогава.“

Подобно на тъч функцията на смартфона, хрущялните клетки се повлияват от оказвания върху тях стрес и започват да умират в резултат на силното възпаление, причинено от артрита. Клетките, създадени по време на лабораторния експеримент, реагират различно. При натоварване те започват да отделят противовъзпалително лекарство, което стопира увреждането на самия хрущял.

Учените модифицират сегменти от ДНК в клетките, за да ги накарат да реагират различно при стрес. Гюлак смята, че по този начин вече е възможно да се осигури защита срещу артрита и тежките последствия от него.

Лара Пфердехирт, биомедицински инженер и колега в лабораторията на проф. Гюлак, пояснява: „Сякаш включваме осветление. Процесът е много сходен. Натискаме ключа, лампата светва. В нашия случай ролята на ключ играе механичното натоварване на ставата, а лампата е самото противовъзпалително средство.“

Протеинът interleukin-1 receptor antagonist (IL-1 RA) и ролята му при лечение на остеоратрит

Клетките са програмирани от инженерите така, че да освобождават протеина interleukin-1 receptor antagonist (IL-1 RA), използван при създаването на медикамента срещу ревматоиден артрит „Kineret.“ Резултатите показват, че той има ключова роля при лечение на посттравматичен остеоартрит, настъпил след увреждане на ставата. По-стари изследвания за ефекта на IL-1 RA върху пациенти с остеоартрит разкриват, че той е напълно безопасен, но и неефективен, когато се инжектира еднократно в проблемната става. Според Гюлак, за да има ефект, протеинът трябва да се освобождава в болните стави за по-дълги периоди от време.

Лекарството не помага, ако не се доставя до ставите в продължение на години, с което учените си обясняват и защо не е дало очаквания ефект по време на клинични изпитвания върху пациенти с остеоартрит. По време на своите лабораторни опити експертите използват вече съществуващи сигнални системи в хрущялните клетки. С помощта на синтетичната биология те създават тип изкуствена клетка, чийто отговор на механичен стрес да бъде програмиран.

Ограничени странични ефекти

Активирането на специфичните хрущялни клетки да освобождават лекарство само и където е необходимо, ще помогне да се ограничат и страничните ефекти, свързани с дългосрочния прием на който и да е силен противовъзпалителен препарат. Част от тях могат да бъдат стомашни болки, диария, силна умора и косопад.

Екипът на проф. Гюлак възнамерява да приложи същата техника и върху други клетки в човешкия организъм. Учените виждат в своето откритие възможност да създадат клетки, които автоматично могат да произвеждат болкоуспокояващи или противовъзпалителни лекарства, както и фактори на растежа, с чиято помощ да се възстановява хрущялът.