Сердце не камень: о минерализации человеческих органов
© Patrick J. Lynch/Wikimedia Commons
Может ли сердце превратить в кость, какие человеческие органы могут минерализоваться и при чем здесь фибробласты, разбирался Indicator.Ru.
Кость не в горле, а в сердце
В русских сказках Бабу Ягу часто называют Костяной ногой. Однако, как оказалось, клетки, образующие кости, могут появиться и в мягких тканях человеческого организма. Клетки соединительной ткани, составляющей сердце, способны превращаться в костные клетки в результате травм и повреждений, сообщается в научном журнале Stem Cell. Открытие, которое сделали ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, помогает понять, как у некоторых людей, выживших после повреждений сердечной мышцы, в клапанах и стенках органа возникают аномальные отложения кальция, который, как известно, является основным химическим элементом, составляющим кости.
Исследователи выяснили, что кальциноз, то есть ненормальное отложение солей кальция в мягких тканях, можно предотвратить: у мышей, на которых проводили эксперимент, блокировали фермент, регулирующий минерализацию костей с малыми молекулами.
Соединительные ткани в организме присутствуют в трех видах: в волокнистом, в гелеобразном и в твердом. К последнему виду относятся кости, другим тканям затвердевание не свойственно. Тем не менее минерализация некоторых органов, например сердца, почек и кровеносных сосудов, иногда встречается у пожилых людей и прогрессирует у пациентов, страдающих от диабета и заболеваний почек. Кальцификация органа может вызвать нарушения электропроводности и привести к блокаде сердца. В настоящее время нет способа полностью излечиться от кальциноза мягких тканей.
«Процессы кальциноза сердца были недостаточно изучены и плохо освещены», — прокомментировал ведущий автор исследования Арджун Деб из Центра регенеративной медицины и исследования стволовых клеток имени Эли и Эдит Брод при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. «Отвечая на вопрос, какие клетки в сердце отвечают за процесс минерализации, мы предположили, что раз между повреждениями ткани, фиброзом и кальцинозом существует такая тесная связь, то, возможно, наибольший вклад в минерализацию вносят фибробласты — клетки, которые специализируются на заживлении ран и образовании рубцов».
Маленькие, да удаленькие
Чтобы выяснить, верно ли это предположение, Деб вместе с коллегами генетически пометили сердечные фибробластомы мышей и пронаблюдали, как те трансформировались в клетки, похожие на остеобласты — клетки, образующие кости. Исследователи выделили из области кальциноза больных мышей кардиальные фибробласты, которые составляют 50% клеток сердца млекопитающих, и пересадили их под кожу здоровых грызунов. После этого ученые зафиксировали отвердевание мягких тканей у подопытных мышей, похожее на процесс, протекавший у мышей-доноров. Исследователи также проверили, способны ли фибробласты человеческого сердца образовывать твердые отложения, и эксперимент в чашке Петри подтвердил, что в человеческом организме за минерализацию мягких тканей ответственность несут те же клетки.
Отложения кальция в сердце мыши (A,D) и эффект от испытанных учеными лекарств, уменьшающих минерализацию тканей сердца
© Pillai and Li et al./Cell Stem Cell 2016
Полученные результаты подтолкнули команду исследователей к тому, чтобы выяснить, возможно ли предотвратить начавшуюся кальцификацию сердца с помощью небольших молекул. Лучшим кандидатом на роль препарата выступал белок ENPP1, который в ответ на повреждения сверхэкспрессируется в сердце, в том числе и фибробластами. Исследователи вводили несколько небольших молекул, которые способны нарушить активность ENPP1, и обнаружили, что появление кальциевых образований снизилось более чем на 50%. Инъекция препарата, который носит название этидронат, позволяет избежать кальцификации после повреждения сердца в ста процентах случаев.
«Теперь мы хотим узнать, можно ли применить полученную информацию для создания медикамента, который можно было бы использовать для борьбы с минерализацией не только сердечных тканей, но и других тканей по всему организму», — дополнил Деб.
Исследовательская группа уже начала искать возможность предотвратить кальциноз кровеносных сосудов с помощью подхода с внедрением маленьких молекул. Также ученые собираются создать лекарственные средства, которые могли бы сделать процесс минерализации мягких тканей обратимым, ведь на сегодняшний день ENPP1 является действующим препаратом только при введении до травмы.