07:00 
Когда дом загорается, мы предполагаем, что дымовая сигнализация внутри будет служить одной и только одной цели: предупредить жителей об опасности. Но представьте, если бы устройство могло трансформироваться во что-то, что могло бы также бороться с огнем.
В новом исследовании, опубликованном в сегодняшнем выпуске Science, межинституциональная группа под руководством исследователей из Johns Hopkins Medicine показала на мышах, что «болевые сигналы» организма — сенсорные нейроны — на самом деле выполняют такую ??двойную функцию. В случае перелома кости эти нервы не только сообщают о травме, но и превращаются в «командиров восстановления», которые активно направляют клеточную рабочую силу на восстановление скелета.
В исследовании, в основном финансируемом из федерального бюджета, впервые сообщается и подробно описывается сеть периферических афферентных нейронов - нервов, которые посылают сигналы из всех областей тела в центральную нервную систему (головной и позвоночный столб), - через которую нервы напрямую связываются с клетками, строящими кость после скелетной травмы, используя специфические белковые сигналы для стимуляции образования, роста и распространения новой, заживающей кости.
"Впервые мы нанесли на карту схему этой нейронной сети, определили, какие конкретные сенсорные нейроны иннервируют [снабжают нервами] кость, определили, как эти нейроны изменяются после травмы, и определили, какие сигналы они производят, необходимые для формирования и восстановления костей", - говорит соавтор исследования Чжао Ли, доктор медицинских наук, старший научный специалист в Лаборатории Джеймса на медицинском факультете Университета Джонса Хопкинса. патологии.
Чтобы составить карту нейронной сети, с помощью которой происходит передача сигналов для восстановления костей, Ли и его коллеги использовали созданный в лаборатории аденоассоциированный вирус с тропизмом периферических нервов (сильным притяжением к периферическим нервам, иннервирующим кость), чтобы обозначить, какие нейроны дорсальных корешковых ганглиев (DRG) — нервы вдоль спинного мозга, которые играют решающую роль в передаче сигналов от периферических нервов в центральную нервную систему, — действительно выполняют свою работу.
"Техника, известная как ретроградное отслеживание, сродни прослеживанию одного электрического провода от лампочки обратно через стены, чтобы найти, где находится автоматический выключатель", - говорит руководитель лаборатории Джеймса и автор исследования Аарон Джеймс, доктор медицинских наук, профессор патологии в Медицинской школе Университета Джонса Хопкинса.
«Мы объединили ретроградное отслеживание со вторым методом — выделением одноклеточной РНК — для изучения отдельных иннервирующих нервных клеток DRG у мышей — до и после переломов костей — а затем изолировали их, чтобы определить белки, которые производит каждая из них», — говорит Джеймс. «Объединив данные для всех профилированных клеток, мы создали первый комплексный одноклеточный атлас сенсорных нейронов, иннервирующих кость, карту нейронной сети и сигналов, необходимых для восстановления костей».
В исследовании 2019 года, опубликованном в Журнале клинических исследований, исследователи из лаборатории Джеймса показали на мышах, что в точке перелома два белка — киназа рецептора тропомиозина-A (TrkA) и фактор роста нервов (NGF) — связываются вместе, способствуя иннервации и процессу, ведущему к образованию новой кости.
«Когда мы заблокировали реакцию нейронов TrkA+, генетически или химически, мы увидели резкое снижение не только иннервации, но и трех последующих действий, имеющих решающее значение для успешного восстановления после перелома: формирование кровеносных сосудов, производство клеток, синтезирующих кость, и минерализация новой кости», — говорит Джеймс. «Это открытие показало, что заживление переломов действительно зависит от передачи нервных сигналов, направляемых нервными волокнами, экспрессирующими TrkA, однако последующие молекулярные основы все еще были неизвестны».
Впервые обнаруженный в 1950-х годах, NGF, как теперь известно, управляет ростом, поддержанием, пролиферацией и сохранением нейронов по всему телу. Он также помогает нервным клеткам предупреждать мозг о том, какие ткани, включая кости, испытывают боль из-за травмы или заболевания.
В своем новом исследовании ученые еще глубже погрузились в процесс заживления костей, пытаясь выяснить, что превращает костно-специфические нейроны DRG из нервных клеток, которые сообщают о воспалении или повреждении центральной нервной системы, в те, которые запускают локальное восстановление кости.
«Мы обнаружили, что существуют динамические изменения, связанные с реакцией сенсорных нейронов на повреждение костей, и что эти изменения отражают поэтапное восстановление костей», — говорит Ли. «Сразу после травмы нейроны DRG являются ноцицепторами, нервами, которые производят сигналы, ориентированные на восприятие боли и воспалительные реакции, но затем, в более поздние моменты времени, они переходят в другую фазу, прорегенеративное состояние, где они производят и высвобождают белки, которые способствуют образованию новых нейронов, кровеносных сосудов и, конечно же, костей и хрящей.
