.svg)
02.09.2022 Тами Фриман
Механизм сохранения костной ткани: Импульсно-импульсные электромагнитные поля (PEMF) стимулируют рост и дифференцировку костеобразующих остеобластов, предотвращая потерю костной массы, вызванную лучевой терапией. Остеобласты особенно чувствительны к PEMF из-за присутствия сенсорных органелл, называемых ресничками, которые отсутствуют в большинстве опухолевых клеток. (С любезного разрешения: Z Yan et al. Sci. Adv. 10.1126/sciadv.abq0222)
Лучевая терапия является одним из наиболее распространенных методов лечения рака, эффективно увеличивая время выживания и повышая показатели излечения больных раком. Тем не менее, повреждение костей, вызванное лучевой терапией, включая снижение костной массы, повышенную хрупкость костей и повышенный риск переломов и остеонекроза, остается распространенной проблемой, для которой в настоящее время не существует эффективных контрмер.
Радиация вызывает это повреждение, подавляя рост, выживание и созревание костеобразующих клеток, называемых остеобластами, тем самым подавляя образование костей. Одним из потенциальных средств может быть воздействие неинвазивных электромагнитных полей (ЭМП), которые, как известно, стимулируют рост и дифференцировку остеобластов и могут смягчать последствия облучения. Теперь исследовательская группа в Китае определила оптимальную форму волны ЭМП, чтобы максимизировать эффективность такого лечения, сообщая о результатах в Science Advances .
Да Цзин из Четвертого военно-медицинского университета и его коллеги впервые подвергли костные клетки стимуляции ЭМП с использованием различных форм волны, включая синусоидальную ЭДС, одноимпульсную ЭДС и импульсно-импульсную ЭДС (PEMF). Чтобы оценить ответ клеток, они отслеживали внутриклеточную передачу сигналов ионов кальция (Ca 2+ ) в режиме реального времени, один из самых ранних клеточных ответов на внешние раздражители.
Команда обнаружила, что PEMF индуцирует более сильную внутриклеточную передачу сигналов Ca 2+ в облученных остеобластах, чем другие формы волны, характеризующиеся уникальными колебаниями Ca 2+ с множественными пиками Ca 2+ . Дальнейший анализ показал, что ранее не идентифицированная форма волны PEMF с интенсивностью магнитного поля 2 мТл и частотой 15 Гц вызывала самый сильный ответ в остеобластах. Напротив, эта форма волны PEMF не влияла на другие типы облученных костных клеток (остеокласты и остеоциты).
Затем исследователи исследовали, может ли PEMF, доставляемая с использованием этих оптимальных параметров, смягчить радиационно-индуцированную потерю костной массы in vivo . В исследованиях на крысах они подвергли одну заднюю конечность двум дозам фокального облучения по 8 Гр (с интервалом в один день) и использовали микро-КТ для оценки структуры кости через 45 дней. Облученные конечности демонстрировали значительную потерю трабекулярной кости, в том числе примерно 50% снижение объемной фракции кости и минеральной плотности кости по сравнению с необлученной стороной.
Регенерация кости: микро-КТ-изображения бедренной кости крыс показывают, что ИЭМП значительно улучшает микроструктуру необлученной (NR) кости и подавляет потерю костной массы в облученной (R) кости. (С любезного разрешения: Z Yan et al. Sci. Adv. 10.1126/sciadv.abq0222)
Вторая группа крыс ежедневно получала ИЭМП всего тела (2 часа в день) в течение 45 дней после облучения. Это лечение восстановило костную массу и механические свойства облученных задних конечностей до уровня необлученных конечностей за счет спасения остеобластов. Команда отмечает, что PEMF не влияла на массу тела животных или потребление пищи.
Показав, что воздействие PEMF может уменьшить потерю костной массы, вызванную облучением, также важно, чтобы PEMF не оказывала неблагоприятного воздействия на лечение опухоли. Имея это в виду, исследователи сравнили чувствительность остеобластов и различных опухолевых клеток (рак молочной железы, рак толстой кишки, клетки злокачественной меланомы и остеосаркомы) к ИЭМП.
Облучение снижает жизнеспособность клеток и способствует апоптозу во всех типах клеток. Важно отметить, что хотя PEMF улучшал жизнеспособность остеобластов и ингибировал апоптоз остеобластов, он не влиял на жизнеспособность или апоптоз любой из опухолевых клеток в любой момент времени.
Живые биочернила могут улучшить восстановление и регенерацию костей
Исследователи связывают эту избирательность с наличием первичных ресничек — сенсорных органелл, которые обнаруживают и транслируют внеклеточные механические сигналы — которые действуют как датчики PEMF. Эти первичные реснички очень многочисленны в остеобластах, но отсутствуют в большинстве опухолевых клеток. В эксперименте, где генерация первичных ресничек в облученных остеобластах была заблокирована, PEMF-опосредованное увеличение выживаемости и дифференцировки остеобластов почти полностью исчезло.
«Учитывая, что среди всех типов костных клеток остеобласты особенно чувствительны к радиации, этот режим PEMF, который вызывает специфическую активацию остеобластов, кажется многообещающим и высокоэффективным подходом к радиационно-индуцированному повреждению костей», — заключают исследователи
