Нано-кристаллы влияют на судьбу стволовых клеток при формировании кости

Ученые из Университета Фрайбурга и Базельского университета определили главный регулятор регенерации костной ткани. Исследование возглавил Прасад Шастри, профессор биофункциональной макромолекулярной химии. Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Костная ткань — это нанокомпозит: неорганическая минеральная фаза, гидроксиапатит, придает кости прочность. Эти содержащие кальций нанокристаллы распределены в органическом каркасе из белка коллагена.

Во время разрушения старой кости (необходимого этапа регенерации) из матрикса высвобождаются биомолекулы. Они направляют мезенхимальные стволовые клетки (MSCs) костного мозга к формированию новой кости. На этом перекрестке MSCs могут стать либо костными клетками, либо хрящевыми, образуя хрящевую мозоль, которая позже превращается в кость. Роль деградации гидроксиапатита в этом выборе оставалась неясной.

Используя созданную в лаборатории биомиметическую минеральную фазу, ученые выяснили, что минеральная составляющая кости является ключевым «принимающим решение» в процессе остеогенеза.

Ключевое открытие:

• Минеральная фаза кости стимулирует рецептор CaSR (extracellular calcium sensing receptor), который экспрессируется MSCs.
• Чрезмерная стимуляция CaSR заставляет MSCs формировать кость напрямую, минуя хрящевую стадию.
• Блокирование сигнального пути CaSR полностью останавливает формирование кости in vivo.

Важный нюанс:

Стимуляция другого рецептора, PTH1R (parathyroid hormone-1 receptor, главный регулятор гомеостаза ионов кальция), может «спасти» MSCs от влияния CaSR и снова запустить образование кости через хрящевую промежуточную стадию.

«Наше открытие дает новое понимание того, как минеральная фаза кости диктует формирование новой костной ткани», — говорит профессор Шастри.

Значение для медицины:

При заболеваниях вроде остеопороза кость разрушается, но почти не обновляется. Исследование помещает CaSR в центр парадигмы регенерации кости как ее главный регулятор. Это может объяснять, почему пациентам с остеопорозом так трудно заживлять переломы. Открытие имеет большое значение для разработки новых имплантатов для регенерации кости.