Стволовые клетки сухожилий и связок указывают путь к лечению поясничного стеноза

Исследователи из Weill Cornell Medicine и Hospital for Special Surgery обнаружили редкую популяцию стволовых клеток, которая даёт начало клеткам сухожилий и связок — тканей, соединяющих мышцы и кости. Они показали, что при чрезмерной активности этих клеток в нижнем отделе позвоночника развивается стеноз поясничного отдела — состояние, от которого, по оценкам, страдают около 103 миллионов человек во всём мире. Утолщение связок при этом может сужать позвоночный канал и сжимать нервы, вызывая боль, онемение и затруднения при ходьбе.

Работа, опубликованная 7 сентября в журнале Cell, предполагает, что направленные на эти клетки подходы могут привести к новым вариантам лечения пациентов, в том числе с использованием класса препаратов, который уже применяется при лечении высокого кровяного давления.

Ранее коллеги предлагали разные кандидатные популяции стволовых клеток, однако до сих пор не было отчётливо доказано, что одна и та же группа клеток одновременно способна к самоподдержанию и к порождению полного спектра зрелых клеток сухожилий и связок.

Д-р Мэтью Гринблатт, соавтор исследования, научный сотрудник семьи Рор и доцент кафедры патологии и лабораторной медицины в Weill Cornell, а также патолог в Нью‑Йоркском пресвитерианском/Weill Cornell Medical Center, возглавил часть работ по характеристике этих клеток.

После идентификации «неуловимых» стволовых клеток команда сосредоточилась на том, как эти клетки связаны со спинальной патологией. Полученные результаты могут закрыть клиническую потребность в нехирургических альтернативных методах лечения стеноза поясничного отдела позвоночника.

«Идентификация этих специализированных стволовых клеток открывает новую область исследований, которая позволяет лечить это заболевание более механизмово, а не просто ждать, пока пациенту потребуется операция для облегчения компрессии нерва», — сказал соавтор исследования д-р Сравишт Айер, доцент ортопедии в Weill Cornell и хирург‑позвоночник в Hospital for Special Surgery. «Результаты впечатляют своим потенциалом изменить подход к лечению заболеваний позвоночника».

Поиск основных стволовых клеток сухожилий и связок начался с анализа большого числа отдельных клеток и их сортировки по типам.

Д-р Гринблатт к этому был подготовлен: в 2018 году он и коллеги обнаружили стволовые клетки, запускающие заживление переломов во внешнем слое кости; затем они идентифицировали стволовые клетки, формирующие череп и позвоночник.

Сухожилия и связки представляют собой относительно однородные фибробластоподобные ткани, где трудно различить разные клеточные типы, поэтому выделить истинную популяцию стволовых клеток оказалось непросто.

«Мы проанализировали тысячи отдельных клеток и отсортировали их по типам, затем определили, какие из них обладают свойствами, которые мы связываем со „стволовостью“», — объяснил д-р Гринблатт. Другими словами, обнаруженная редкая популяция способна самоподдерживаться и давать зрелые клетки, необходимые для построения и поддержания сухожилий и связок. У мышей такие клетки локализовались в специализированной анатомической нише в тканях, выполняющей роль резерва для роста и восстановления.

Характеристика стволовых клеток у мышей помогла найти их эквивалент у человека. В образцах связок, которые д-р Айер удалял у пациентов с информированным согласием во время операций, команда под руководством первого автора д‑ра Линлин Ху подтвердила, что человеческие стволовые клетки способны и к самообновлению, и к образованию клеток связки, что придаёт работе клиническую значимость.

Кроме того, эти стволовые клетки обнаруживались не только в позвоночнике. «Мы осмотрели связку надколенника, ахиллово сухожилие — и куда бы мы ни посмотрели, мы нашли эту клетку», — сказал д-р Гринблатт. «Скорее всего, это универсальная стволовая клетка сухожилий и связок по всему телу».

Чтобы проверить, причастны ли эти клетки к стенозу поясничного отдела, исследователи сравнили клетки из связок пациентов со стенозом и из связок людей с грыжей межпозвоночного диска без признаков стеноза; все образцы были получены после информированного согласия.

В связках пациентов со стенозом оказалось больше таких стволовых клеток. При пересадке этих клеток мышам они порождали больше клеток сухожилий, чем клетки, полученные от здоровых доноров. «Хотя спинальный стеноз — сложное заболевание, это действительно показало нам, что эти клетки способствуют развитию патологии», — отметил д-р Гринблатт, который также работает в Онкологическом центре Сандры и Эдварда Мейеров при Weill Cornell.

На молекулярном уровне клетки из связок при стенозе демонстрировали повышенную кальциевую сигнализацию по сравнению со здоровыми аналогами. Исследователи также искусственно усилили передачу кальциевых сигналов в стволовых клетках здоровых связок с помощью генетических манипуляций и получили избыточный рост тканей.

Ключевой практический вывод — уменьшение передачи кальциевых сигналов блокировало избыточный рост клеток в мышиной модели поясничного стеноза. Это даёт основание предположить, что блокаторы кальциевых каналов, уже применяющиеся при гипертонии, теоретически могут быть перепрофилированы для лечения спинального стеноза, однако для подтверждения этой перспективы потребуются клинические исследования.

«Возможно, это первая работа, которая показала потенциальную терапевтическую мишень для одного из наиболее распространённых заболеваний позвоночника в мире», — сказал д-р Айер.

Помимо стеноза поясничного отдела, д-р Гринблатт намерен исследовать роль этих стволовых клеток при других заболеваниях соединительной ткани, включая синдром Марфана — наследственное заболевание, влияющее на соединительную ткань организма.

Результаты также могут помочь в поиске методов лечения при плохом заживлении сухожилий и связок после травм: разрыве ротаторной манжеты плеча, травмах ахиллова сухожилия, реконструкциях связок и при хронической дегенерации сухожилий.

«Учитывая, что эта клетка, по‑видимому, является основным источником всех клеток сухожилий и связок, дефекты в ней, вероятно, лежат в основе широкого спектра заболеваний этих тканей», — заключил д-р Гринблатт.

Работа открывает новые направления для исследований и возможных нехирургических подходов к лечению распространённых заболеваний опорно‑двигательного аппарата, но для перевода открытий в клинику потребуется дополнительная предклиническая и клиническая проверка.