Согласно новому исследованию, сочетание прерывистого голодания и специализированной биомедицинской повязки может восстановить заживление костей у старых мышей до уровня, наблюдаемого у молодых животных. Ученые говорят, что строгий анализ дает убедительные доказательства в пользу потенциального нового терапевтического подхода, с обещанием также омолаживающего восстановления в других тканях.

Работа будет опубликована в журнале eLife .

«Ключом к восстановлению костей является тип клеток, называемых остеопрогениторами, которые создают новую костную ткань. По мере старения животных количество и функции этих клеток уменьшаются, что ограничивает способность костей к регенерации», — объясняет ведущий автор Джошуа Ривз (бывший аспирант) с кафедры биомедицинских наук Лозаннского университета (Швейцария) и Центра генной терапии и регенеративной медицины Королевского колледжа Лондона (Великобритания).

«Сводчатая кость — часть черепа — особенно уязвима к возрастным проблемам заживления. Две основные описанные ниши остеопрогениторов — это надкостница, которая покрывает все плоские кости, и шовная мезенхима, присутствующая только в черепе между костями свода черепа».

Чтобы получить представление о возрастных изменениях в заживлении костей, Ривз и его коллеги изучали, как надкостница и мезенхима швов изменяются с возрастом на мышиной модели .

Сначала они проанализировали изменения, происходящие в своде черепа у мышей во время старения, обнаружив явное снижение как структуры кости, так и способности к заживлению с возрастом. Команда заметила сокращение кровеносных сосудов в периостальной костеобразующей ткани, начиная с зрелого возраста. Они также наблюдали изменения в стареющих остеогенных (костеобразующих) компартментах, включая повышенные уровни актина и удлиненные ядра клеток — оба маркера повышенной жесткости.

Кроме того, у старых мышей наблюдалось снижение биоэнергетических путей, особенно в митохондриальной функции. Эти изменения привели к уменьшению числа и нарушению функции остеопрогениторов, что ослабило здоровье костей и способность к восстановлению.

Затем команда попыталась увеличить количество остеопрогениторных клеток у старых мышей с помощью бандажа Wnt3a — специализированного биомедицинского устройства, которое доставляет белок Wnt3a, который имеет решающее значение в регуляции поведения остеопрогениторов. Хотя это и увеличило количество остеопрогениторов, это не восстановило способность к заживлению, что указывает на более глубокие проблемы внутри самих старых клеток.

Прерывистое голодание — диетический подход, при котором чередуются периоды приема пищи и голодания, — показало улучшение минеральной плотности костей у взрослых животных. Поэтому команда попыталась объединить лечение повязкой Wnt3a с прерывистым голоданием у старых мышей с дефектами костей свода черепа.

В этих условиях старые мыши достигли уровня восстановления костей, сопоставимого с их гораздо более молодыми коллегами. Дальнейший анализ показал, что прерывистое голодание, в частности, омолаживает остеопрогениторы, повышая активность митохондрий и снижая клеточный стресс, связанный с возрастом. Эти эффекты также можно имитировать, нацеливаясь на определенные пути с помощью добавок, таких как никотинамидмононуклеотид, который усиливает выработку энергии митохондриями.

Кроме того, изменения в микробиоме кишечника — в частности, увеличение количества бактерии Akkermansia muciniphila — сыграли ключевую роль в улучшении здоровья и восстановления тканей. Это говорит о том, что изменения в питании могут иметь множество преимуществ для здоровья костей. Хотя важно отметить, что улучшения в восстановлении костей были достигнуты без изменения общего потребления калорий, а скорее за счет самого голодания.

Авторы подчеркивают, что, хотя их результаты многообещающие, работа пока находится на ранней стадии и проводится на мышах. При дальнейшей проверке на людях их подход может привести к методам лечения, которые помогут пожилым людям быстрее восстанавливаться и поддерживать более крепкие кости, а также улучшат восстановление и функционирование других стареющих тканей.

«Влияние краткосрочных протоколов, таких как прерывистое голодание, повышение клеточной энергии на короткие периоды или улучшение микробиома кишечника посредством краткосрочного лечения, убедительно свидетельствует о том, что состарившиеся ткани находятся в состоянии, которое можно обратить вспять», — говорит старший автор Шукри Хабиб, профессор кафедры биомедицинских наук Лозаннского университета.

«Стареющие ткани сохраняют потенциал для улучшения здоровья посредством целенаправленных вмешательств. Наши данные открывают интригующее направление исследований, в котором метаболические и микробиомные вмешательства могут быть повторно использованы для лечения повреждений тканей у пожилых людей с дефицитом восстановления».