Специалисты из Медицинского колледжа Вейлл Корнелл и Больницы специальной хирургии обнаружили ранее неизвестную популяцию стволовых клеток, которая, как предполагается, отвечает за формирование сухожилий и связок — соединительных тканей, связывающих мышцы и кости. Ученые также получили данные о том, что эти клетки могут становиться гиперактивными в нижнем отделе позвоночника, где они способны вызывать поясничный спинальный стеноз. Это заболевание диагностировано примерно у 103 миллионов человек во всем мире и развивается, когда утолщенные связки сужают пространство внутри позвоночного канала. Такое сужение может давить на нервы, вызывая боль, онемение и трудности при ходьбе.
Исследование, опубликованное 7 сентября в журнале Cell, открывает возможность того, что воздействие на эти стволовые клетки в перспективе приведет к созданию новых методов лечения спинального стеноза. Один из потенциальных подходов может быть связан с препаратами, уже применяемыми для контроля повышенного давления. «Хотя предыдущие исследования предлагали несколько кандидатов в стволовые клетки, ни одно из них не доказало окончательно, что одна популяция клеток способна и самообновляться, и порождать весь спектр типов клеток сухожилий и связок», — заявил соавтор исследования доктор Мэтью Гринблатт, научный сотрудник программы семьи Рор, доцент патологии и лабораторной медицины в Вейлл Корнелл и патолог в Медицинском центре Нью-Йорк-Пресвитериан/Вейлл Корнелл.
После идентификации клеток команда проверила, могут ли они дать ключ к лечению поясничного спинального стеноза, особенно для пациентов, у которых на сегодняшний день немного вариантов, кроме операции, когда болезнь становится тяжелой. «Идентификация этих специализированных стволовых клеток открывает новое направление исследований, позволяющее подойти к этому заболеванию гораздо более механистично, а не просто ждать, пока состояние пациента ухудшится и потребует операции для снятия сдавления нервов, — сказал соавтор исследования доктор Сравишт Айер, доцент ортопедии в Вейлл Корнелл и хирург-вертебролог в Больнице специальной хирургии (HSS). — Эти результаты вдохновляют, поскольку могут изменить подход к оказанию спинальной помощи».
Ранее группа доктора Гринблатта уже выявила несколько важных популяций скелетных стволовых клеток. В 2018 году они определили стволовую клетку, запускающую заживление переломов во внешнем слое кости. Позже были обнаружены стволовые клетки, участвующие в формировании черепа и позвоночника. Найти аналогичную клетку для сухожилий и связок оказалось сложнее. В отличие от костей, эти ткани содержат множество похожих фибробластоподобных клеток, что затрудняет различение одной популяции от другой. «Мы проанализировали тысячи отдельных клеток и распределили их по типам. Затем определили, какой из них обладает свойствами, которые мы связываем со «стволовостью»», — пояснил доктор Гринблатт. В данном случае под «стволовостью» понимается способность редкой популяции клеток постоянно обновляться и одновременно производить зрелые клетки, необходимые для образования и поддержания ткани сухожилий и связок. У мышей исследователи обнаружили эти клетки в особой области внутри сухожилий и связок, которая, по-видимому, служит резервуаром для роста и восстановления тканей.
Затем команда использовала полученные на мышах данные для поиска аналогичных клеток у людей. Образцы человеческих связок были взяты из тканей, удаленных доктором Айером во время операций у пациентов, давших информированное согласие. Исследователи, включая первого автора доктора Линлин Ху, постдокторанта в лабораториях доктора Гринблатта и доктора Айера, подтвердили, что человеческие клетки способны как самообновляться, так и генерировать клетки связок. Эти клетки также были обнаружены далеко за пределами позвоночника. «Мы исследовали связку надколенника, ахиллово сухожилие — и везде, где мы искали, находили эту клетку, — сказал доктор Гринблатт. — Поэтому мы считаем, что это универсальная стволовая клетка для сухожилий и связок по всему телу».
Далее ученые изучили, могут ли эти клетки быть причастны к поясничному спинальному стенозу. Они сравнили стволовые клетки, взятые у пациентов со стенозом, с клетками из спинных связок людей с грыжей межпозвоночного диска, но без признаков стеноза. Пациенты дали информированное согласие до операции. В связках людей со стенозом содержалось больше недавно идентифицированных стволовых клеток. Когда исследователи пересадили эти клетки мышам, они производили больше клеток сухожилий, чем стволовые клетки, взятые у людей без стеноза. «Хотя спинальный стеноз — сложное заболевание, это действительно показало нам, что данные клетки вносят вклад в патологию», — отметил доктор Гринблатт, также являющийся членом Онкологического центра Сандры и Эдварда Мейеров в Вейлл Корнелл. Затем исследователи подробнее изучили процессы внутри клеток. Стволовые клетки, связанные со стенозом, демонстрировали более выраженную кальциевую сигнализацию, чем здоровые клетки. Кальциевая сигнализация — один из способов внутренней коммуникации клеток и контроля таких процессов, как рост и активность. Когда ученые генетически усилили кальциевую сигнализацию в стволовых клетках из здоровых связок, им удалось запустить чрезмерный рост тканей.
Обратный эффект также оказался важен. Когда исследователи снизили кальциевую сигнализацию в мышиной модели поясничного спинального стеноза, аномальный рост клеток был заблокирован. Это открытие позволяет предположить, что кальциевая сигнализация может стать терапевтической мишенью. Оно также дает основания полагать, что блокаторы кальциевых каналов — класс препаратов, уже широко применяемых для лечения повышенного давления, — однажды можно будет изучить в качестве средства от спинального стеноза. Однако прежде чем определить, безопасен ли этот подход и эффективен ли он для пациентов, потребуются клинические испытания. «Это, вероятно, первая работа, показавшая потенциальную терапевтическую мишень для одного из самых распространенных заболеваний позвоночника в мире», — сказал доктор Айер. Последствия могут выходить за рамки спинального стеноза. Доктор Гринблатт планирует выяснить, участвуют ли те же стволовые клетки в других заболеваниях соединительной ткани, включая синдром Марфана — генетическое расстройство, затрагивающее соединительные ткани по всему организму. Открытие также может помочь исследователям лучше понять, почему некоторые травмы сухожилий и связок так трудно поддаются лечению. Среди возможных направлений будущих исследований — разрывы вращательной манжеты, травмы ахиллова сухожилия, реконструкция связок и хроническая дегенерация сухожилий. «Учитывая, что эта клетка, по-видимому, является первоисточником всех клеток сухожилий и связок, дефекты в ней, вероятно, лежат в основе широкого спектра заболеваний сухожилий и связок», — заключил доктор Гринблатт.