Исследователи из Weill Cornell Medicine обнаружили, что кости позвонков сформированы из уникального типа стволовых клеток, который высвобождает белок MFGE8, способствующий метастазированию опухоли. Это открытие дает представление о заболеваниях позвоночника и причинах частого распространения опухолей на позвоночник, а также может проложить путь к новым методам лечения в ортопедии и онкологии.
По данным исследования, проведенного исследователями из Weill Cornell Medicine, кости позвоночника происходят из уникального типа стволовых клеток, который секретирует белок, способствующий метастазам опухоли. Этот прорыв открывает путь к новому направлению исследований заболеваний позвоночника, дает представление о том, почему солидные опухоли часто метастазируют в позвоночник, и может привести к появлению новых ортопедических и онкологических методов лечения.
В исследовании, опубликованном 13 сентября в журнале Nature, исследователи обнаружили, что позвоночная кость происходит из стволовых клеток, которые отличаются от других стволовых клеток, образующих кости. Используя костноподобные «органоиды», изготовленные из стволовых клеток позвонков, они показали, что известная тенденция опухолей распространяться на позвоночник – в большей степени, чем на длинные кости, такие как кости ног – обусловлена в основном белком под названием MFGE8, секретируемым этими стволовыми клетками. клетки.
«Мы подозреваем, что многие заболевания костей, преимущественно затрагивающие позвоночник, обусловлены особыми свойствами стволовых клеток позвоночной кости», — сказал старший автор исследования доктор Мэтью Гринблатт, доцент кафедры патологии и лабораторной медицины и член организации Сандры и Эдварда Мейер. Онкологический центр в Weill Cornell Medicine и патолог в New York-Presbyterian/Weill Cornell Medical Center.
В последние годы доктор Гринблатт и другие ученые обнаружили, что разные типы костей образуются из разных типов костных стволовых клеток. Поскольку позвонки, по сравнению с другими костями, такими как кости рук и ног, в раннем возрасте развиваются по другому пути, а также, по-видимому, имеют четкую эволюционную траекторию, доктор Гринблатт и его команда предположили, что, вероятно, существуют отдельные стволовые клетки позвонков. .
Исследователи начали с выделения из различных костей лабораторных мышей так называемых скелетных стволовых клеток, которые дают начало всем костям и хрящам, на основе известных поверхностных белковых маркеров таких клеток. Затем они проанализировали активность генов в этих клетках, чтобы увидеть, смогут ли они найти четкий паттерн для тех, которые связаны с позвоночной костью.
Эта попытка привела к двум ключевым выводам. Первым было новое и более точное определение скелетных стволовых клеток в целом на основе поверхностных маркеров. Это новое определение исключило ряд клеток, не являющихся стволовыми клетками, которые были включены в старое определение стволовых клеток, что затмило некоторые предыдущие исследования в этой области.
Второе открытие заключалось в том, что скелетные стволовые клетки из разных костей действительно систематически различаются по своей генной активности. В результате этого анализа команда определила особый набор маркеров стволовых клеток позвонков и подтвердила функциональную роль этих клеток в формировании костей позвоночника в дальнейших экспериментах на мышах и в системах культивирования клеток в лабораторных чашках.
Затем исследователи исследовали феномен относительной привлекательности позвоночника для метастазов опухолей, включая метастазы опухолей молочной железы, простаты и легких, по сравнению с другими типами костей. Традиционная теория, возникшая в 1940-х годах, заключается в том, что этот «спинальный тропизм» связан с особенностями кровотока, которые преимущественно переносят метастазы в позвоночник, а не в длинные кости. Но когда исследователи воспроизвели феномен спинального тропизма на животных моделях, они обнаружили доказательства того, что кровоток не является объяснением — более того, они нашли подсказку, указывающую на возможные виновники стволовых клеток позвонков.
«Мы заметили, что место первоначального посева метастатических опухолевых клеток находилось преимущественно в области костного мозга, где должны были располагаться стволовые клетки позвонков и клетки их потомков», — сказал первый автор исследования доктор Цзюнь Сунь, постдокторант из лаборатории Гринблатта.
Впоследствии команда обнаружила, что удаление стволовых клеток позвонков устраняет разницу в частоте метастазирования между костями позвоночника и длинными костями. В конечном итоге они определили, что MFGE8, белок, секретируемый в больших количествах позвоночными клетками по сравнению со стволовыми клетками длинных костей, вносит основной вклад в спинальный тропизм. Чтобы подтвердить актуальность результатов на людях, команда в сотрудничестве с исследователями из Больницы специальной хирургии идентифицировала человеческие аналоги стволовых клеток позвонков мыши и охарактеризовала их свойства.
В настоящее время исследователи изучают методы блокировки MFGE8, чтобы снизить риск метастазирования в позвоночник у онкологических больных. В более общем плане, по словам доктора Гринблатта, они изучают, как отличительные свойства стволовых клеток позвонков способствуют развитию заболеваний позвоночника.
«В ортопедии есть раздел, называемый ортопедией позвоночника, и мы думаем, что большинство состояний в этой клинической категории связаны с стволовыми клетками, которые мы только что идентифицировали», — сказал доктор Гринблатт.