Кость не просто растет каким-то образом — скорее, костные клетки реагируют на внешние силы. Если кости подвергаются целенаправленной механической нагрузке в процессе заживления после перелома, они потенциально могут стать больше, плотнее и стабильнее, чем были до перелома.

Этот эффект был продемонстрирован на мышах три года назад исследователями под руководством Ральфа Мюллера, профессора кафедры медицинских наук и технологий. В той работе ученые использовали специальные пластины для фиксации переломов костей на месте, позволяя двум частям заживающей кости циклически прижиматься друг к другу в течение нескольких минут несколько раз в неделю в форме вибротерапии.

Однако механизмы, посредством которых механические стимулы влияют на кость, остаются неясными. «Только если мы поймем эти механизмы, мы сможем использовать их в качестве основы для разработки новых методов лечения», — говорит Нишан Матаван, исследователь в группе Мюллера и ведущий автор нового исследования, опубликованного в Science Advances .

Матаван говорит не только о заживлении переломов костей, но и о том, как можно предотвратить переломы, особенно у пожилых людей . В пожилом возрасте плотность костей уменьшается, и кости становятся более уязвимыми для переломов. «В идеале нам нужны новые терапевтические подходы для замедления разрушения костей в пожилом возрасте».

Активность гена расшифровывается по пунктам
Матаван, Мюллер и их коллеги провели очень подробное исследование того, какие гены активны в заживающей кости. Эта работа была снова проведена на мышах со сломанной бедренной костью, заживление которой поддерживалось вибрационной терапией. Исследователи определили — с высоким уровнем пространственного разрешения — какие гены активны в каждой точке кости, а какие нет.

Затем они объединили этот трехмерный атлас активности генов с информацией о силах, действующих в соответствующих местах, которую они рассчитали с помощью компьютерного моделирования. «Для каждой точки кости мы теперь знаем, какие механические условия существуют, где формируется кость и где она разрушается», — объясняет Мюллер.

Этот подход позволил исследователям показать, что определенные гены активны именно в тех областях кости, которые испытывают сильное механическое напряжение. Эти гены включают некоторые, которые способствуют формированию коллагеновой матрицы кости, и некоторые, которые способствуют минерализации кости. И наоборот, гены, которые подавляют формирование кости, не активны в этих местах, а скорее в областях, которые не испытывают механического напряжения.

Ученые теперь планируют использовать свои открытия, чтобы предложить новые терапевтические подходы, которые позволят переломам лучше заживать, а костям оставаться крепкими даже в старости. В своих исследованиях на мышах они теперь будут уделять особое внимание теме старения костей.

Возможно, можно использовать лекарства целенаправленно, чтобы активировать или подавлять нужные гены, но Мюллер считает, что вибротерапия или их комбинация в равной степени возможны. «Посмотрим, в каком направлении это пойдет», — говорит исследователь, хотя он ожидает, что вибротерапия даст определенные преимущества. «Вероятно, вибротерапия будет иметь меньше побочных эффектов, чем лечение с использованием лекарств».