Ученые герцога и их сотрудники приехали шаг ближе к пониманию как порождение травмы чувств хряща механическое напряжение на клеточном уровне: пара каналов, которые сотрудничают, чтобы заставить клетки хряща вымирать группами.Используя вещество, которое, как находят в яде для тарантулов, заблокировало эти каналы, исследователи предотвратили некроз клеток, вызванный, когда хрящ испытывает механическое напряжение.Изданный 10 ноября на Слушаниях Национальной академии наук, новые результаты могли привести к потенциальным целям препарата защиты суставов и предотвращения боли, связанной с повреждениями хряща.
«Самая захватывающая вещь об этом исследовании состояла в том, что оно показывает, что у клеток в Вашем хряще, о котором люди не думают как типичный сенсорный нейрон, есть многократные сенсорные системы», сказал Фэршид Гуилэк, профессор Laszlo Ormandy Ортопедической Хирургии в Герцоге и одном из ведущих авторов исследования.«Эти клетки очень сложны в своей способности ощутить их механическую среду», сказал Гуилэк, который выполнил это исследование с Вольфгангом Лидтке, доктором философии Доктора медицины, адъюнкт-профессором невралгии, анестезиологии и нейробиологии в Медицинской школе Университета Дюка.Совместные повреждения поражают миллионы людей и нанесены травмирующими событиями, такими как падения, спортивные травмы, и инфекции, и более коварная повседневная одежда и слеза на нашем хряще.
По сравнению с другими тканями, однако, хрящ медленнее, чтобы зажить, потому что у него нет своего собственного кровоснабжения. И его камеры, названные chondrocytes, больше не могут делиться, как только они становятся зрелыми.
Физическая активность хороша для хряща. Ранее в этом году Guilak, Liedtke и их сотрудники обнаружили, что нежная механическая стимуляция клеток хряща (подобный испытанному во время умеренного осуществления) способствует их здоровью, активируя ионный канал TRPV4. Параллельная линия доказательств показала, что мыши, испытывающие недостаток в каналах TRPV4, более вероятно, заболеют остеоартритом.В новом исследовании лаборатории Лидтка и Гуилэка присоединились снова, на этот раз чтобы исследовать ответ chondrocytes к более напряженному механическому напряжению.
Они обнаружили присутствие и роль еще двух механически ощущающих ионных каналов, Piezo1 и Piezo2, на клетках хряща.Каналы Piezo получили видимость для своей способности непосредственно преобразовать механическую силу. Например, Piezo1 очень важен для ощущения полного мочевого пузыря.
Piezo2 помогает нам мягкое прикосновение смысла.Although и каналы Piezo важны во множестве организмов – включая единственную клетку protozoa и заводы – никто не искал их в суставах, сказал Лидтк, который является также лечащим врачом в Клиниках Боли Герцога и членом Института Герцога Мозговых Наук.Действительно, оба канала присутствовали, и они были активны в chondrocytes, когда постдокторский исследователь Вэзил Ли сжал клетки, используя настроенный атомный микроскоп силы.В отличие от этого, в других тканях, однако, каналы ответили вместе.
Они ответили не на нежное давление, но к видам сжатий, которые нанесут повреждения хряща.Исследователи хотели видеть, если запрещение каналов Piezo предотвратит некроз клеток. К счастью, тремя годами ранее, соавтор Фредерик Сакс и его коллеги из государственного университета Нью-Йорка, Буффало, обнаружили, что маленький пептид, найденный в яде для тарантулов, названном GsMTx4, блокирует каналы Piezo1.В новом исследовании синтетический GsMTx4 из лаборатории Сакса заблокировал оба канала и защитил совместную ткань, живущую в чашке Петри от некроза клеток после сжимающей травмы.
Кроме того, выбивание каждого канала Piezo, используя вмешательство экспрессии гена сделало отдельный chondrocytes более эластичным к мощному сжатию.Группа также смогла повысить потенцию GsMTx4 в защите chondrocytes, добавив химикат, который заставил каналы Piezo оставаться на поверхности клеток для более длинных периодов времени, эффективно уменьшив чувствительность у них, сказал Лидтк.
Ученые планируют сделать более основные и переводные исследования, чтобы показать, как точно Piezo1 и Piezo2 сотрудничают, роль этих каналов (и GsMTx4) у живущего животного, и может ли их открытие использоваться для лечения посттравматической совместной травмы и боли в суставах.