Перспективная стратегия ускорения заживления переломов костей
Люди с диабетом имеют более высокий риск переломов, чем население в целом, и их кости заживают медленнее.
В мартовском выпуске журнала Biomaterials Генри Даниэлл, Шуин (Шери) Ян и их коллеги из Стоматологической школы Пенсильванского университета представили многообещающие результаты исследования на животных. Они показали, что выращенный в растениях белковый препарат ускорил заживление перелома. В работе использовался белок инсулиноподобный фактор роста-1 (IGF-1). Было продемонстрировано, что стабильный при хранении пероральный препарат, полученный из растений салата, может стимулировать рост остеобластов (клеток, строящих кость) и способствовать регенерации костной ткани.
"Поразительно, как один белок повлиял на заживление перелома, — говорит Даниэлл, автор-корреспондент статьи. — Существующий препарат для пациентов с диабетом требует повторных инъекций и визитов в больницу, поэтому соблюдение режима лечения пациентами низкое. Здесь мы давали пероральный препарат раз в день и наблюдали значительное ускорение заживления".
"Заживление переломов — серьёзная проблема для здоровья, особенно для пациентов с диабетом, — говорит Ян, соавтор-корреспондент статьи. — У них, как правило, снижена репарация кости и повышен риск переломов, что создает сложности в лечении. Доставка этого нового человеческого IGF-1 через употребление салата эффективна, проста и является привлекательным вариантом для пациентов. Исследование предлагает новый и идеальный терапевтический вариант для лечения переломов при диабете и других заболеваний опорно-двигательного аппарата".
В исследовании использовалась платформа для производства препаратов на основе растений, которую Даниэлл разрабатывал в течение многих лет. Она включает введение целевого белка в клетки растений, что заставляет их экспрессировать этот ген и в конечном итоге производить белок в своих листьях. Листья затем можно собрать и использовать для пероральной терапии.
Целью был новый вариант IGF-1 — белка, важного для здоровья костей и мышц. Известно, что более низкий уровень IGF-1 в крови связан с повышенным риском перелома.
Основываясь на более ранней работе по мышечной дистрофии, проведённой с бывшим сотрудником Пенсильванской стоматологической школы Элизабет Бартон (ныне в Университете Флориды), исследователи предположили, что особая форма IGF — предшественник белка, включающий отдельный компонент, известный как e-пептид, — вероятно, будет лучше стимулировать регенерацию, чем зрелый IGF-1, лишённый этого пептида. Текущий IGF-1, используемый в клинике, не только лишён e-пептида, но и гликозилирован, что делает его менее активной формой.
Команда использовала методы, усовершенствованные Даниэллом, для высокой экспрессии человеческой версии IGF-1 в листьях растений и удаления гена устойчивости к антибиотикам, который используется для отбора растений, производящих целевой белок. Это важные шаги для подготовки терапии к клиническому применению. Они соединили белок-предшественник IGF-1 с другим белком, CTB, который помогает транспортировать слитые белки из пищеварительного тракта в кровоток.
После выращивания трансгенных растений салата листья лиофилизировали и измельчали в порошок, подтвердив, что продукт остаётся стабильным при хранении в течение почти трёх лет.
"Основополагающий принцип всех этих проектов — мы хотим сделать доставку этого препарата доступной, удобной и возможной в домашних условиях", — говорит Даниэлл.
Исследователи показали, что на клетках мыши и человека препарат растительного происхождения вызывал рост и дифференцировку (деление с образованием различных типов клеток) различных типов клеток, включая клетки тканей полости рта и остеобласты.
В исследованиях на животных моделях было сначала показано, что кормление мышей растительным продуктом повышает уровень IGF-1 у них в крови. Наконец, на модели мышей с диабетом было обнаружено, что кормление этим продуктом улучшает объём, плотность и площадь костной ткани — признаки более эффективного процесса заживления.
"Мы надеемся найти партнёров для продвижения этой работы, поскольку множество людей с диабетом могли бы получить пользу от подобной терапии", — говорит Даниэлл.
В будущих работах исследователи надеются продолжить разработку растительного IGF-1 для перехода к клиническим испытаниям, не только для заживления переломов, но и для других проблем опорно-двигательного аппарата, включая остеопороз и регенерацию кости после онкологических заболеваний.