Kremzlinių audinių inžinerija: ar kanabinoidai gali padėti?

Aoife Gowran, Katey McKayed, Manoj Kanichai, Cillian White, Nissrin Hammadi, and Veronica Campbell

1. Potenciali kanabinoidų vertė audinių inžinerijoje

 

Esant didelei pažangai kanabinoidų vaidmens kaulų metabolizme tyrimuose, šioje apžvalgoje siekiama išsiaiškinti, ar kanabinoidai gali turėti potencialią vertę audinių inžinerijoje, kurio tikslas- sumažinti kremzlinių audinių pažeidimus ir užtikrinti jų atsistatymą. Dėl to, kad kremzliniai audiniai turi menką  gebėjimą atsistatyti ir vis daugėja su jomis susijusių ligų, kremzlinių audinių inžinerija tapo svarbia regeneracinės medicinos tyrimų sritimi. Literatūroje pateikiamos priešuždegiminės kanabinoidų savybės ir aprašoma teigiama įtaka apsaugant uždegimo apimtų artrito sąnarių kremzles nuo degradacijos.

Šis eksperimentas parodė, kad endokanabinoidinės sistemos aktyvavimas padidina chondrogeninių pirmtakų- mezenchiminių kamieninių ląstelių- gyvybingumą, migraciją ir chondrogeginę diferenciaciją. Mūsų duomenys pagrindė galimybę kanabinoidus naudoti kremzlinio audinio atstatymo inžinerijoje, nes nustatėme, kad vaistas, veikiantis kanabinoidinę sistemą, moduliuoja tris pagrindinius sėkmingo kremzlinių audinių atsistatymo faktorius.

 

1.1 Audinių inžinerija

 

Reddi audinių inžineriją apibrėžia kaip „naujo audinio sukūrimą ir gamybą pažeistų organų  funkciniam atstatymui bei dalių, prarastų dėl ligos, traumos ar vėžio, pakeitimui“. Be to, biologinis inžinerijos substitutas turi būti toks pats, kaip ir organizmo natūralus audinys ir atlikti tokias pat biologines funkcijas. Pagrindiniai trys sėkmingo audinių inžinerijos ingredientai yra indukciniai signalai, reaguojančios ląstelės substitutai (kandidatės)  ir tinkama tarpląstelinė matrica (ECM). Indukciniai signalai, tokie kaip augimo faktorius, audinių inžinerijoje yra esminiai, nes ląstelės substitutai jau neturi diferenciacijos programos. Todėl augimo faktorių arba kitų signalų, kontroliuojančių diferenciacijos procesą identifikavimas yra ypatingai svarbus ir kanabinoidinė sistema tuo klausimu yra naujas taikinys. ECM yra sudaryta iš struktūrinių specializuotų baltymų kombinuotų su proteoglikanais, kurie suformuoja mikroaplinką ląstelėms. Kiekvienas iš trijų ingredientų, sąlygojantis sėkmingą audinių inžineriją turi užtikrinti ląstelių migraciją, gyvybingumą ir proliferaciją bei pirmtakų diferenciaciją. Audinių inžinerijos kelyje dar laukia daug iššūkių- kontroliuoti diferenciaciją, imunologiniai klausimai, audinių integracija ir išaugintų  audinių vientisumas. Geresnis supratimas apie tai, kas kontroliuoja šiuos aspektus yra vienas svarbiausių audinių inžinerijos tikslų.

 

1.2 Kremzlinių audinių ligos

 

Chondrocitai yra atsakingi už kremzlinių audinių homeostazės palaikymą, balansuojant biosintezę ir tarpląstelinės matricos komponentų inkorporavimą. Kremzliniai audiniai yra labai menkai arba visai neaprūpinamos krauju ir maistines medžiagas gauna iš sinovialinio skysčio. Todėl chondrocitai pastoviai yra hipoksinėje mikroaplinkoje, o endochondrinio sukaulėjimo procese esant tik iki 1 proc. deguonies. Kremzlinių audinių homeostazės palaikymui chondrocitai sintetina specifinius kremzlinių audinių tarpląstelinės matricos komponentus, tokius kaip kolagenas II ir sulfato proteoglikanai. Šį balansą gali  pažeisti trauma ar liga- kas lemia kremzliniai audiniai praradimą ir sąnario pažeidimą. Dėl to, kad kremzlė menkai aprūpinama krauju, nervais ir limfine sistema, jos atsistatymo geba yra labai ribota ir problematiška. Pažeidimas, kuris susijęs su uždegimu, esant sąnarių ligoms- osteoatritui ar traumai, sukelia skausmą ir ilgą neįgalumą. Gyvenimo būdas ir senėjanti visuomenė susiduria su kremzlinių audinių „susidėvėjimo“ ligomis, kurias sunku pagydyti. Bio- inžinerija dabar vis dažniau gydo šias ligas regeneruojant audinius in situ, o taip pat transplantuojant ląsteles ir audinius. Todėl bandymas nustatyti faktorius, kurie padidintų transplantuotų ir paties organizmo ląstelių gyvybingumą ir diferenciaciją, turi didelį pagrindą.

 

1.3 Kanabinoidinė sistema

 

Daugelį amžių kanapės buvo naudojamos pramoginiais tikslais- dėl psichoaktyvių savybių, sukeltų 9- delta tetrahidrokanabinolio (THC) ir dėl medicininės vertės- gydant daugelį ligų- skausmą, pykinimą, epilepsiją, glaukomą, hipertenziją. Kanabinoidinė sistema sudaryta iš kanabinoidinių receptorių (DB) 1 ir 2, endogeninių kanabinoidų, fermentų, kurie sintetina ir naikina endokanabinoidus. CB1 receptoriai dominuoja centrinėje ir periferinėje nervų sistemoje, kur slopina neurotransmiterių išskyrimą. CB2 receptoriai daugiausiai pasiskirstę imuninėse ląstelėse ir tikėtina yra susiję su citokinų išskyrimo reguliavimu ir imuninių ląstelių migracija. Nors CB2  receptoriai žinomi, kaip periferiniai, jie taip pat randami centrinėje nervų sistemoje- mikroglijose ir neuronuose. Taip pat yra alternatyvūs receptoriai, per kuriuos veikia endokanabonoidinė sistema- t.y. menami su G baltymu susiję receptoriai, peroksisomų proliferatorių aktyvuojami receptoriai ir TRP jonų kanalai. Galiausiai, vis labiau aiškėja, kad kanabinoidų fiziologinio ir patofiziologinio veikimo spektras labai platus- nuo skeleto palaikymo iki neurodegeneracinių ligų.

 

2. Audinių inžinerija- kaip kremzlinių audinių ligų sprendimo priemonė

 

Iš daugelio žmogaus audinių, kaulai turi gebėjimą atsistatyti, tačiau kremzliniai audiniai stokoja efektyvių endogeninių atsistatymo mechanizmų. Dabar kremzlinių audinių pažeidimų gydymui naudojama daug technikų, tačiau jos visos tėra trumpalaikės. Esant paprastu audiniu, sudarytu tik iš vienos ląstelių rūšies ir tarpląstelinės matricos, mokslininkai pasiruošę sukurti audinį, analogišką  žmogaus natūraliam kremzliniam audiniui, kuris atlaikys kompresiją ir efektyviai paskirstys svorį. Dėl to, kad kremzlinis audinys yra fiziologiškai sudėtingas, tinkamiausias gydymas yra paskatinti natūralią regeneraciją arba biologinį atnaujinimą. Mezenchiminių kamieninių ląstelių (MSC) naudojimas kremzlinių audinių inžinerijai kartu su kanabinoidiniais vaistais gali būti alternatyvus sprendimas gydant kremzlinių audinių ligas.

 

2.1 Iš kaulų čiulpų išaugintos kamieninės ląstelės ir chondrogenezė

 

Mezenchiminės kamieninės ląstelės (MSC), iš pradžių nagrinėtos dėl savo svarbos hematopoetinės mikroaplinkos formavimui, vėliau tapo tyrimų objektu dėl atradimo, jog jos yra kamieninės skeleto audinių ląstelės. Nors jos sudaro tik mažą branduolinių čiulpų ląstelių masėje (0,001-0,01 %), MSC galima nesunkiai išauginti ir padauginti naudojant standartines ląstelių kultūrų auginimo technologijas. MSC tai pat gali būti atskirtas iš kitų audinių- riebalinio, sinovialinės membranos ir skeleto raumenų. MSC migruoja į audinio pažeidimo vietą ir ten reguliuoja ląstelių uždegiminę bei gyvybingumo būklę, nes turi gebėjimą slopinti uždegiminius citokinus ir gaminti priešuždegiminius ir gyvybingumą padidinančius faktorius.

MSC chondrogeninė diferenciacija vyksta esant tam tikroms sąlygoms. Kai šios sąlygos tenkinamos, ląstelės greitai praranda savo fibroblastinę morfologiją ir inicijuoja eilę kremzlinių audinių specifinės tarpląstelinės matricos komponentų raišką. Chondrocitų atskyrimas nuo jų MSC pirmtakų, dabartinėse kremzlinių audinių atstatymo strategijose, paremtose audinių/ląstelių transplantacija, turi daug iššūkių ir todėl MSC sutelkimas in situ pažeidimo vietose tapo labai patraukli tyrimo sritis. Be to, MSC turi žymias priešuždegimines savybes, kurios svarbios uždegiminiams sąnariams. Kanabinoidų gebėjimas kontroliuoti uždegimą, MSC migraciją ir chondrognezę gali pasitarnauti kremzlinių audinių gydymui.

 

3. Kanabinoidinės sistemos potencialas kremzlinių audinių inžinerijoje

 

3.1 Kanabinoidinė sistema ir chondrogenezė

 

Tyrime nagrinėjama Kanabinoidinės sistemos įtaka chondrocitams ir kremzlinių audinių ląstelių kultūroms. Mdvundula ir bendraautoriai tyrė kanabinoidų poveikį azoto oksido gamybai, kurį chondrocitai dideliais kiekiais gamina iš L-arginino per natrio oksido sintezę (iNOS), kai aktyvuojamas interliaukinas (IL-1) arba lipopolisacharidas (LPS). Buvo tiriama, ar kanabinoidai turi įtaką chondrocitų metabolizmui, kas reikštų kremzlinių audinių pažeidimų sumažėjimą ir pagrindą atsirasti naujiems vaistams nuo artrito. Rezultatai parodė, kad sintetiniai kanabinoidai, Win-55,212-2 ir HU-210 sumažino IL-1α sukeltą natro oksido (NO) gamybą ir abu- anandamidas ir Win-55,212-2 sumažino IL-1α sukeltą proteoglikanų degradaciją galvijų sąnarių chondrocituose.

Studijos, kuriose naudojami kanabinoidinių receptorių antagonistai AM281 (CB1) ir AM630 (CB2), parodė NO sumažėjimą, kai jie veikė savarankiškai. Be to, vietoje Win-55,212-2 poveikio sumažinimo NO gamybai, jie veikė sinergetiškai, kai buvo derinami su kanabinoidais. Toks poveikis, manoma, yra dėl atvirkščio agonistinio veikimo, pastebimo, kai antagonistai naudojami didelėmis dozėmis, kaip naudojo Mdvundula ir bendraautoriai arba dėl to, kad antagonistai veikia per kitus, ne kanabinoidinius receptorius, tokius kaip PR55 ar PPARγ arba yra nessusiję su receptoriais. Dėl šio momento liko neaišku, ar Win-55,212-2 poveikis buvo susijęs su CB1 ir CB2 receptoriais. Mdvundula ir bendraautoriai padarė išvadą, kad chondrocitai turi kanabioidinių receptorių raišką ir mano, kad esant uždegimui, sintetiniai kanabinoidai apsaugo kremzlinių audinių matricos nynimą, dėl uždegimo metu padidėjusio citokinų lygio ir NO metabolizmo.

Kanabinoidinė sistema yra pagalbinėse kremzlinių audinių ląstelėse ir audiniuose. Ajulemiko rūgštis (ajulemic acid), sintetinis nepsichotropinis kanabinoidas, selektyviai didina priešuždegiminių eikozanoidų gamybą ir stipriai sumažina sąnarių pažeidimą. Kitas neprichotropinis kanabinoidas- kanabidiolis- pasireiškia imunosupresinėmis ir priešuždegiminėmis savybėmis, kaip parodė modeliai su pelių kolageno sukeltu atritu.  Kanabinoidinės sistemos įtaka buvo pastebima ir bandymuose su sinovialiniu audiniu ir skysčiu, paimtu iš sergančių artritu pacientų- kaip papildomas įrodymas, kad kanabinoidinė sistema veikia kaip homeostazės palaikytoja reumatiniuose sąnariuose.

Kanabinoidinės sistemos įtakos MSC biologijai tyrimų nėra daug. John McPartland 2008 m. savo apžvalgoje iškėlė idėją, kad endokanabinoidinė sistema gali būti reikšminga skeleto formavimui taip pat kaip ir neurogenezei ir smegenų vystymuisi, „jėgos embriogenezėje tampa gydančiomis jėgomis po gimimo“. Todėl manome, kad yra didelės galimybės Kanabinoidinės sistemos potencialą panaudoti audinių inžinerijos strategijose.

 

4. Ar kanabinoidinė sistema yra potencialus taikinys MSC pagrįstose kremzlinių audinių inžinerijos strategijose ?

 

Šis tyrimas atliktas siekiant išsiaiškinti, ar kanabinoidinė sistema įtakoja kremzlinių audinių pirmtakų ląsteles (MSC). Buvo tiriami trys MSC ląstelių biologiniai aspektai: gyvybingumas, migracija ir diferenciacija, kurie yra svarbiausi veiksniai MSC paremtose in situ audinių regeneracijos strategijose. Nustatyta, kad Kanabinoidinės sistemos aktyvavimas apsaugojo MSC esant ūmiam stresui dėl serumo ištraukimo; tyrimai atlikti su Δ9-THC, kuris padidino MSC gyvybingumą. Migracijos pagerinimas į pažeidimo vietas taip pat reiškia geresnį atsinaujinimą ir galutinį rezultatą. Nustatyta, kad anandamidas turi žymų migraciją skatinantį poveikį, lyginant su kontrolinėmis ląstelėmis. Todėl galima teigti, kad endokanabinoidas anandamidas teigiamai veikia MSC migraciją užtikrinant geresnį atsistatymo gebėjimą, kuris pagreitina audinių atsinaujinimą. Ir galiausiai, buvo įvertintas trečias aspektas- diferenciacija. Buvo tiriama Δ9-THC poveikis MSC chondrogenezei, vertinant kolageną II ir proteoglikanus tarpląstelinėje matricoje. Nustatyta, kad Δ9-THC padidino MSC chondrogenezę, ką nusako padidėjęs kolageno, baltymų raiška ir proteoglikanų lygis.

 

5. Išvados ir ateities kryptys

 

Kanabinoidinės sistemos įtaką kaulams ir osteogenezei yra gana gerai aprašyta ir žinios toliau tobulinamos, o žinios apie kanabinoidinę sistemą ir kremzlinius audinius visgi atsilieka. Šioje apžvalgoje buvo siekiama įvertinti galimybę kanabinoidus panaudoti kremzlinių audinių inžinerijos  tobulinimui. Apibendrinant, apžvalgoje buvo parodyta, kad Kanabinoidinės sistemos moduliavimas gali paveikti pagrindinius MSC ląstelių biologinius procesus: gyvybingumą, migraciją ir diferenciaciją. Išvada yra tokia: įvertinus ankstesnes studijas ir čia atliktų tyrimų rezultatus, galima teigti, kad yra pakankamai įrodymų tam, kad kanabinoidų pagrindu pagaminti vaistai būtų taikomi audinių inžinerijoje, siekiant apsaugoti kremzlinių audinių nykimą ir užtikrinant kremzlinių audinių atsistatymą.

 

Visas straipsnis:

Tissue Engineering of Cartilage; Can Cannabinoids Help?

Aoife Gowran, Katey McKayed, Manoj Kanichai, Cillian White, Nissrin Hammadi, and Veronica Campbell

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4034107/#B72-pharmaceuticals-03-02970

Parašykite komentarą

El. pašto adresas nebus skelbiamas.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.