Старые скелетные стволовые клетки мешают восстановлению кости и способствуют «воспалительному старению»

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature, ученые из Стэнфордского университета (Stanford University) обнаружили, что изменения в стареющих скелетных стволовых клетках могут быть основной причиной плохого восстановления переломов, остеопороза и различных заболеваний крови, а также общего воспаления и старения (иногда называемого «воспалительным старением») клеток и систем всего организма. Тем не менее, исследователи также объясняют, как они могут «оживить» стареющие скелетные стволовые клетки.

Актуальность исследования

Исследователей впервые заинтересовал вопрос о том, как стареющие скелетные стволовые клетки могут способствовать проблемам с восстановлению переломов костей у пожилых людей. Сложность восстановления костей — основная причина заболеваемости и смертности пожилых людей. Основываясь на своей предыдущей работе, в которой ученые впервые открыли и охарактеризовали скелетные стволовые клетки, они изучили, как поведение скелетных стволовых клеток меняется с возрастом.

Старые скелетные стволовые клетки и восстановление кости

Исследователи обнаружили, что скелетные стволовые клетки были менее активны у мышей старшего возраста по сравнению с мышами более молодого возраста. Ученые также пришли к выводу, что старые скелетные стволовые клетки также менее способны образовывать колонии в лабораторных условиях, чем молодые скелетные стволовые клетки. В старой костной ткани обнаружено, что гены, экспрессируемые старыми стволовыми клетками скелета, связаны с уменьшением образования и большей резорбцией костной ткани. Этот дисбаланс между образованием и резорбцией кости в конечном итоге приводит к остеопорозу.

Авторы исследования также выявили, что часть проблемы с восстановлением переломов может быть обнаружена в связи между скелетными стволовыми клетками и гемопоэтическими стволовыми клетками (ГСК), которые дают начало крови и иммунным клеткам. Скелетные стволовые клетки производят не только кости и хрящи, но и особые клетки, которые создают нишу для развития крови и иммунных стволовых клеток в костном мозге.

Результаты исследования показали, что старые скелетные стволовые клетки образуют нишу, которая изменяет развитие клеток крови. По мнению ученых, воздействие на ГСК старых скелетных стволовых клеток искажает их развитие, так что они производят больше клеток миелоидной линии, которая включает тип клеток, который резорбирует кости. Миелоидные клетки, чрезмерно продуцируемые под влиянием провоспалительных старых скелетных стволовых клеток, также производят больше воспалительных факторов.

Скелетные стволовые клетки и старение

Изменяя нормальное развитие крови и иммунных стволовых клеток, старые костные клетки могут ускорять старение и болезни во многих других частях тела. Воспаление признано важным фактором старения в различных тканях, и тесная связь между ними привела к созданию термина «воспаление-старение». Если старые скелетные стволовые клетки приводят к образованию большего количества воспалительных клеток, они, в конечном итоге, могут нести ответственность за усиление воспаления и старение тканей по всему организму. Нарушения нормального развития стволовых клеток крови также связаны с развитием различных заболеваний, таких как атеросклероз, поэтому стареющие стволовые клетки скелета могут играть роль в развитии многих других заболеваний. 

Проведя одноклеточный генетический анализ старых скелетных стволовых клеток, ученые смогли визуализировать, какие гены экспрессируются меньше, а какие — больше по мере старения стволовых клеток. Авторы исследования наблюдали увеличение многих воспалительных факторов, но они были привлечены к увеличению одного конкретного фактора, называемого колониестимулирующим фактором 1 (Csf1). Эта молекула необходима для заживления костей, но она должна присутствовать в нужном количестве — ее должно быть не слишком много и не слишком мало. Возрастное увеличение количества присутствующего Csf1, по-видимому, мешало процессу заживления. Ученые также наблюдали снижение экспрессии других генов, и, в частности, снижение выработки мощной сигнальной молекулы, стимулирующей скелетные стволовые клетки, называемой костным морфогенетическим белком 2 (BMP2).

Затем ученые обработали поверхность перелома кости у старой мыши гелем, содержащим BMP и антитело, снижающее уровень Csf1, чтобы попытаться изменить поведение старых стволовых клеток. Перелом зажил намного быстрее.

Исследователи отмечают, что омоложение старых скелетных стволовых клеток потенциально может обратить вспять искаженное производство воспалительных иммунных клеток и дисбаланс в типах клеток крови, вырабатываемых у пожилых людей.

Авторы другого исследования утверждают, что люди с ВИЧ подвержены более высокому риску генетических изменений, связанных со старением.

Перед применением советов и рекомендаций, изложенных на сайте «Medical Insider», обязательно проконсультируйтесь с врачом!

  telegram    

Учредитель сетевого издания (Medical Insider), главный редактор, автор статей.

Врач ультразвуковой диагностики в СЗЦДМ, г. Санкт-Петербург

E-mail для связи - info@medicalinsider.ru