После серьезных повреждений организм человека запускает процессы регенерации, стремясь восстановить целостность мышц и сухожилий. Однако в ряде случаев биологическая программа дает сбой, и вместо эластичной ткани формируется твердая кость, что приводит к хронической боли и инвалидности.
Почему после травмы мышцы могут превратиться в кости, и как этого избежать
Исследователи из Юго-западного медицинского центра Университета Техаса расшифровали механизм, при котором после тяжелых травм, ожогов или операций в мягких тканях внезапно начинают расти кости.
Боль. Unsplash
Почему происходит оссификация, то есть превращение мышц и сухожилий в кость. В норме коллаген в ране напоминает рыхлую сетку, позволяющую мышцам оставаться гибкими. Однако белки TSP1 и TSP2 заставляют хаотичные волокна выстраиваться в параллельные ряды. Такая плотная структура становится механическим сигналом для стволовых клеток, и они превращаются в костные, а не в мышечные клетки, буквально обманывая регенеративную систему организма.
Группа ученых обнаружила, что главными виновниками этой патологии являются два белка: тромбоспондин 1 (TSP1) и тромбоспондин 2 (TSP2). Именно они перестраивают микросреду поврежденного участка, создавая каркас для нежелательного роста костных структур.
Гетеротопическая оссификации (ГО). Коронарное STIR-изображение, демонстрирующее продромальную ГO (степень B) с выраженным увеличением левой средней ягодичной мышцы и интенсивным внутримышечным сигналом.
Изучение этих факторов на мышиных моделях показало, что TSP1 вырабатывается преимущественно иммунными клетками в центре раны, а TSP2 синтезируется стволовыми клетками-предшественниками по краям повреждения. Вместе они заставляют волокна коллагена выстраиваться в жесткую, упорядоченную структуру, которая служит идеальным фундаментом для окостенения. Работа опубликована в журнале Bone Research.
«Наше исследование показывает, что эти белки играют центральную роль в формировании среды заживления после травмы. Когда их активность снижается, аномальный рост костей резко падает», — отмечает соавтор работы доктор Леви. Эксперименты подтвердили: у подопытных животных, лишенных этих белков, коллагеновые волокна оставались дезорганизованными, и патологический процесс отсанавливался. При этом нормальный скелет животных никак не страдал, что открывает перспективы для создания избирательной терапии.
Архитектура болезни и надежда на спасение
Структура белка THBS1
Ученые также выявили регуляторный белок FUBP1, который контролирует производство TSP2. Манипуляции с FUBP1 позволяют ослабить сигналы, стимулирующие перестройку тканей. Это открытие дает надежду тысячам пациентов, столкнувшихся с осложнениями после протезирования суставов или боевых ранений. Понимание того, как именно мягкая ткань «перепрограммируется» в костную, позволяет врачам искать способы блокировки этого процесса еще на ранних стадиях, до того как возникнут необратимые изменения.
Изучение роли TSP1 и TSP2 поможет разработать лекарства, которые будут точечно воздействовать на эти белки. Хотя работа проводилась на животных, механизмы перестройки коллагенов универсальны. В будущем это позволит предотвращать инвалидность, сохраняя подвижность суставов даже после самых тяжелых физических повреждений, когда естественные механизмы восстановления организма по ошибке выбирают неверный путь регенерации.