Безусловно, наиболее частыми травмами, наблюдаемыми в отделениях неотложной помощи в Соединенных Штатах, являются травмы конечностей. Иммобилизация – наиболее распространенное лечение, и все же до недавнего времени было неизвестно, почему именно эта методика способствовала заживлению.
В исследовании, недавно опубликованном в Журнале клинических исследований, Бенджамин Леви, М.D., в настоящее время доцент кафедры хирургии и пластической хирургии в Юго-Западном Университете штата Вашингтон открыл механизм, с помощью которого иммобилизация изменяет поврежденную конечность и клетки в поврежденной области. Это открытие может в конечном итоге помочь врачам оптимизировать заживление пациентов с травмами конечностей.
Леви и его команда из Мичиганского университета, где он работал до прихода в Юго-Западный университет, обнаружили, что иммобилизация конечностей путем наложения гипса или шинирования после травмы изменяет способ взаимодействия стволовых клеток с внеклеточной средой, изменяя их судьбу от превращения изнурительной кости в доброкачественный жир.
До сих пор было неясно, почему некоторые раны заживают ненормально, часто с пагубными последствиями, добавляет Леви, который проводит дополнительные приемы в Центре минерального метаболизма и клинических исследований Чарльза и Джейн Пак и Исследовательском институте Детского медицинского центра в Юго-Западном Юго-Западном штате Юта. Например, объясняет он, в своей практике он часто видит пациентов, у которых развилось состояние, называемое гетеротопической оссификацией (ГО), при котором кость после травм разрастается в нескелетных тканях, таких как мышцы и сухожилия. Леви и его коллеги заметили, что ГО чаще возникает в суставах, областях, которые испытывают большее механическое напряжение после травм или операций, но механизм этого явления был неизвестен.
Чтобы прояснить этот вопрос, Леви и его коллеги работали с мышиной моделью HO. Пострадавшим мышам либо устанавливали иммобилайзеры, которые действовали как крошечные повязки, чтобы их суставы оставались стабильными, и выполняли упражнения на беговой дорожке, либо им давали упражнения на диапазон движений, аналогичные тем, которые получают многие пациенты после операции на суставах. У мышей, которые выполняли упражнения или выполняли упражнения на диапазон движений, развился ГО, но иммобилизованные животные этого не сделали. Скорее, у иммобилизованных животных образовывались пузырьки жира в пораженных областях вместо костей.
Проникнув глубже, исследователи собрали мезенхимальные стволовые клетки (МСК) – типы клеток, которые играют ключевую роль в заживлении. Когда исследователи изучили, какие гены активны в этих клетках, они обнаружили повышенную экспрессию в молекулярных путях, связанных с тем, как клетки прикрепляются к поверхностям и взаимодействуют с внеклеточным матриксом, сетью белков и других молекул вне клеток, которые питают их и обеспечивают физическую поддержку. Генетические манипуляции или использование малых молекул для инактивации этих молекулярных путей сдерживают развитие HO у мобилизованных мышей.
Изучая внеклеточный матрикс, Леви и его коллеги обнаружили, что волокна коллагена у активных животных имеют тенденцию выстраиваться в упорядоченные ряды, что позволяет МСК растягиваться вдоль волокон. Напротив, коллагеновые волокна у иммобилизованных животных имели более хаотичный рисунок, ограничивая растяжение МСК, сохраняя их компактность.
Леви объясняет, что именно эти различия во внеклеточной среде заставляют МСК двигаться по траектории костей или жира. Когда исследователи поместили МСК на выровненный коллаген в лабораторных чашках, они в конечном итоге трансформировались в костные клетки. Размещение их на невыровненном коллагене стимулировало их превращение в жир. Паттерны активации генов в обеих группах клеток подтвердили повышенную экспрессию генов костей или жира, в зависимости от того, росли ли они на выровненных или невыровненных матрицах коллагена, соответственно.
"Основная идея заключается в том, что, когда мы обездвиживаем суставы, мы меняем всю среду раны как на тканевом, так и на клеточном уровнях," Леви говорит. "Мы могли бы использовать эти знания, чтобы помочь в исцелении, либо изменив наши протоколы мобилизации, либо нацелив определенные гены, которые влияют на то, как клетки взаимодействуют с внеклеточным матриксом, используя небольшие молекулы, которые уже находятся в клинических процессах."
Он добавляет, что эти результаты уже влияют на клиническую практику. Хотя врачи давно стремились как можно скорее сделать суставы ожоговых пациентов подвижными, ожоговые центры теперь используют значительно менее агрессивные протоколы, чтобы снизить шансы пациентов на развитие ГО. Количество подвижности в течение первой недели после травмы теперь скорректировано, что, как было показано, снижает вероятность развития ГО и ограничивает жесткость.
Хотя первоначальное исследование для этого исследования не проводилось в Юго-Западном Калифорнийском университете, следующий этап этого исследования в настоящее время находится в работе в лаборатории Леви UTSW.