Ученые: минералы могут стать ключом к заживлению поврежденных тканей
Решающую роль минералов, которые, контролируя количество белков, производимых клетками, тем самым стимулируют регенерацию тканей и переопределяют клеточную идентичность, установила команда исследователей из департамента биомедицинской инженерии и Медицинского колледжа Техасского университета A&M, США, 6 мая сообщает сайт новостей науки EurekAlert.
Исследование техасских ученых, опубликованное в журнале Science Advances, прокладывает путь будущим работам по определению роли конкретных минералов в жизненных процессах, а впоследствии объединению этих исследований для создания минеральной медицины следующего поколения, ориентированной на лечение поврежденных тканей.
Способностью к регенерации обладают все живые существа, от бактерий до человека. Регенерация осуществляется в результате молекулярных процессов, которые регулируют экспрессию генов, управляя обновлением, восстановлением и ростом тканей.
Минералы, неорганические вещества, играют в организме множество жизненно важных ролей, взаимодействуя с витаминами, ферментами, гормонами и другими кофакторами для регулирования тысяч биологических функций.
Хотя ранее было показано, что некоторые минералы регулируют экспрессию генов и клеточную активность, очень мало работ было посвящено исследованию молекулярных механизмов, лежащих в основе этого явления, отметили ученые в статье.
Инженерно-исследовательская группа A&M, возглавляемая доктором Акилешем Гахарваром, провела исследование нового класса наночастиц — минеральных наносиликатов, которые управляли движением стволовых клеток человека в направлении к костным клеткам.
Наночастицы помогли им определить роль минералов в регуляции профилей экспрессии генов для управления дифференцировкой стволовых клеток.
Наносиликаты представляют собой дискообразные минеральные наночастицы диаметром 20–30 нм и толщиной 1–2 нм. Они обладают высокой биосовместимостью и легко поглощаются клетками, внутри которых они медленно растворяются, распадаясь на отдельные минералы, такие как кремний, магний и литий.
Диссоциированные на отдельные минералы внутри клеток наносиликаты «включают» набор ключевых генов, которые передают клеткам поток информации по сигнальным путям. Эти сигнальные пути отвечают за передачу клеткам команды выполнять определенные функции, такие как преобразование в другой тип клеток или запуск процесса заживления путем секреции тканеспецифических белков, известных как внеклеточный матрикс.
Эти внеклеточные структуры состоят из различных белков, включая гликопротеины и протеогликаны, которые способствуют заживлению тканей и поддерживают их функции.
Сочетая междисциплинарные методы и методы биомедицинской инженерии и геномики, ведущие авторы этого исследования, докторанты Анна Брокеш и Лорен Кросс, идентифицировали и описали важные гены, которые «включаются» и активируются различными сигнальными путями при воздействии минералов.
Одним из основных результатов этого исследования стало установление того факта, что минералы, такие как кремний, магний и литий, участвуют в индуцировании эндохондральной оссификации — процесса, посредством которого стволовые клетки превращаются в мягкие и твердые ткани, такие как хрящи и кости у молодых людей.
В исследовании были проанализированы данные полного транскриптомного секвенирования (RNA-seq) для оценки влияния наносиликатов и продуктов их растворения (ионов) на профили экспрессии генов стволовых клеток.
Анна Брокеш сказала: «Наше исследование является одним из первых исследований, в котором используется беспристрастное секвенирование всего транскриптома, чтобы определить, как ионы минералов могут управлять судьбой стволовых клеток».
Предлагаемый новый подход решает давнюю проблему современных терапевтических методов ускорения регенерации тканей, использующих супрафизиологические дозы факторов роста.
Эти высокие дозы факторов роста приводят к ряду осложнений, включая неконтролируемое образование тканей, воспаление и онкогенез — продуцирование или образование опухолевых клеток. Это ограничивает использование факторов роста в качестве терапевтических средств в регенеративной медицине.
Поэтому новая работа, показывающая возможность использования минералов для достижения желаемой регуляции клеточной активности, имеет большой потенциал для открытия новых путей в разработке клинически значимых терапевтических средств для регенеративной медицины, а также доставки лекарств и иммуномодуляции.
