По данни на Световната здравна организация към 2019 г. близо 530 милиона души по света живеят с остеоартрит. Остеоартритът е дегенеративно заболяване, при което тъканите в ставите се разрушават с течение на времето и е често срещан здравословен проблем и водеща причина за инвалидност.

При пациенти с тежък остеоартрит хрущялът може да се износи дотолкова, че ставите да се превърнат в кост върху кост - без „възглавница“ между тях. Това е не само изключително болезнено, но и ставите на пациентите вече не могат да функционират правилно. В този момент единственото ефективно лечение е операция за смяна на ставите, която е скъпа и инвазивна.

Настоящите методи на лечение целят да забавят развитието на болестта или да отложат неизбежната смяна на ставите. Не съществуват възможности за регенерация, тъй като хората нямат вродена способност да регенерират хрущяли в зряла възраст.

През ноември 2021 г. изследователи от Северозападния университет представят нова инжекционна терапия, която използва бързо движещи се „танцуващи молекули“ за възстановяване на тъкани и обръщане на парализата след тежки увреждания на гръбначния мозък. Те изказват предположението, че „танцуващите молекули“ могат да стимулират упоритата тъкан да се регенерира.

Сега същата изследователска група е приложила терапевтичната стратегия към увредени човешки хрущялни клетки. Използвайки молекулите те успяват да активират генната експресия, необходима за регенериране на хрущяла, само в рамките на четири часа. И само след три дни човешките клетки произвеждат протеинови компоненти, необходими за регенерацията на хрущяла.

Учените установили също така, че с увеличаване на молекулярното движение се увеличава и ефективността на лечението, тоест „танцуващите“ движения на молекулите са от решаващо значение за задействането на процеса на растеж на хрущяла.

„Танцуващи молекули“ са сглобки, които образуват синтетични нановлакна, състоящи се от десетки до стотици хиляди молекули с мощни сигнали за клетките. Като настройват колективните им движения чрез химическата им структура, изследователите откриват, че движещите се молекули могат бързо да намерят и правилно да се свържат с клетъчните рецептори, които също са в постоянно движение и са изключително претъпкани по клетъчните мембрани.

След като попаднат в тялото, нановлакната имитират извънклетъчната матрица на околната тъкан. Като съответстват на структурата на матрицата, имитират движението на биологичните молекули и включват биоактивни сигнали за рецепторите, синтетичните материали са в състояние да комуникират с клетките.

Клетъчните рецептори постоянно са в движение. Затова, когато учените накарат „танцуващите молекули“ да се движат, да „танцуват“ или дори да скачат временно от тези структури, известни като супрамолекулни полимери, те са в състояние да се свържат по-ефективно с рецепторите.

В новото изследване научният екип е потърсил рецепторите за специфичен протеин, който е от решаващо значение за формирането и поддържането на хрущяла. За да се насочат към този рецептор, изследователите разработват нов кръгов пептид, който имитира биоактивния сигнал на протеина трансформиращ фактор на растежа бета-1.

След това учените включват този пептид в две различни молекули, които взаимодействат, за да образуват надмолекулни полимери във вода, всеки от които има еднаква способност да имитира трансформиращия фактор на растежа бета-1. Изследователите проектират един надмолекулен полимер със специална структура, която позволява на молекулите му да се движат по-свободно, но другият надмолекулен полимер обаче ограничава движението им.

Въпреки че и двата полимера имитират сигнала за активиране на трансформиращия фактор на растежа бета-1., полимерът с бързо движещи се молекули е много по-ефективен. В някои отношения те са били дори по-ефективни от протеина, който активира фактора на растежа в природата.

След три дни човешките клетки, изложени на дългите сглобки от по-подвижни молекули, са произвеждали по-големи количества протеинови компоненти, необходими за регенерацията на хрущяла. За производството на един от компонентите в хрущялния матрикс, известен като колаген II, „танцуващите молекули“, които са активирали трансформиращия фактор на растежа бета-1 са били дори по-ефективни от естествения протеин, който има тази функция в биологичните системи.

Изследователите в момента тестват тези системи и добавят допълнителни сигнали, за да създадат високо биоактивни терапии. Те предвиждат, че регенерацията на хрущяла ще бъде значително подобрена.

Освен това тестват способността на „танцуващите молекули“ да регенерират кости и вече има обещаващи ранни резултати, които вероятно ще бъдат публикувани по-късно тази година.

Експертите са на мнение, че откритието за „танцуващите молекули“ ще има огромен обхват в приложението за лечение на много заболявания. Контролирането на надмолекулното движение чрез химичен дизайн изглежда е мощен инструмент за повишаване на ефикасността на редица регенеративни терапии, смятат учените.

Резултатите от изследването са публикувани в Journal of the American Chemical Society.

Референции:

https://medicalxpress.com/news/2024-07-molecules-regenerate-cartilage-days.html

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c05170