Минералы могут быть ключом к восстановлению поврежденных тканей

Каждый вид, от бактерий до человека, способен к регенерации. Этот процесс регулируется молекулярными механизмами, которые управляют экспрессией генов для обновления, восстановления и роста тканей.

Исследователи из Техасского университета A&M выявили ключевую роль минералов в регуляции экспрессии генов. Это контролирует количество белков, производимых клеткой, способствует регенерации тканей и может переопределять клеточную идентичность. Работа открывает путь к созданию нового поколения минеральных препаратов для заживления поврежденных тканей.

Исследование опубликовано в Science Advances.

Хотя известно, что некоторые минералы регулируют экспрессию генов и клеточную активность, лежащие в основе молекулярные механизмы изучены плохо.

Группа под руководством доктора Ахилеша Гахаравара в сотрудничестве с доктором Иртишей Сингхом представила новый класс минеральных наночастиц (нанокремнеземов) для направления дифференцировки человеческих стволовых клеток в костные клетки.

Нанокремнеземы — это дискообразные минеральные наночастицы диаметром 20–30 нанометров (nm) и толщиной 1–2 nm. Они биосовместимы и легко поглощаются клетками. Внутри клетки эти наночастицы медленно растворяются на отдельные минералы: кремний, магний и литий.

Растворяясь, нанокремнеземы «включают» набор ключевых генов, активируя сигнальные пути в клетках. Эти пути «инструктируют» клетки выполнять специфические функции, например, превращаться в другой тип клеток или запускать процесс заживления, секретируя белки внеклеточного матрикса (гликопротеины и протеогликаны).

Используя междисциплинарные методы, ведущие авторы Анна Брокеш и Лорен Кросс охарактеризовали гены, которые «включаются» и активируются различными сигнальными путями под действием минералов.

Одно из ключевых открытий: минералы (кремний, магний, литий) участвуют в индукции эндохондрального окостенения — процесса превращения стволовых клеток в мягкие и твердые ткани (хрящ и кость) у молодых людей.

Лаборатория Сингха использовала полногеномное секвенирование РНК (RNA-seq) для оценки влияния нанокремнеземов и продуктов их ионного растворения на профили экспрессии генов в стволовых клетках.

«Наше исследование — одно из первых, где для определения того, как минеральные ионы направляют судьбу стволовых клеток, используется непредвзятое полногеномное секвенирование транскриптома», — отметила Анна Брокеш.

Этот подход решает давнюю проблему современных терапевтических методов, использующих сверхфизиологические дозы факторов роста, что приводит к осложнениям: неконтролируемому образованию тканей, воспалению и опухолеобразованию (продукции опухолевых клеток).

По словам Гахаравара, понимание влияния минералов на клеточную активность открывает новые пути для разработки клинически значимых терапевтических средств в области регенеративной медицины, доставки лекарств и иммуномодуляции.