Биология

Оказалось, с возрастом, в результате структурных и функциональных изменений, костные клетки человека утрачивают способность реагировать на нагрузку и твердеют. Ухудшение их способности поддерживать прочность костей приводит к ослаблению скелета и потере костной массы.

Группа специалистов во главе с учеными из Техасского университета в Остине (США) изучила механизм старения костей человека. Предметом исследования стали остеоциты — клетки костной ткани позвоночных животных и человека. Когда-то они считались просто «пассивными заполнителями» в минерализованной кости, но сегодня признаны важнейшими регуляторами прочности костей. Остеоциты действуют как датчики деформации, регулируя механосенсорику костей и механотрансдукцию, то есть клеточные процессы, которые транслируют механические стимулы в биохимические сигналы. Так клетки адаптируются к их физическому окружению.

Первичные остеоциты исследователи выделили из позвонков 10 молодых самок мышей. Затем клетки подвергали низкодозовому, как пишут авторы работы, облучению в 10 грей. Однако на практике 10 грей — высокая доза облучения, летальная для человека и непростая для выживания подопытных животных. Исследователи либо указали греи вместо сантигреев, либо их слово «низкодозовое» — описка. Облучение понадобилось, чтобы вызвать стресс и спровоцировать старение. Изменения ученые фиксировали в механике отдельных клеток на седьмой, 14-й и 21-й день и сравнивали их с нестареющей контрольной группой.

Для определения статуса клеток оценивалась активность фермента бета-галактозидазы — биомаркера клеточного старения. Также ученые применили лабораторный метод полимеразной цепной реакции в реальном времени. Здоровые клетки показали плавное и быстрое восстановление до уровня базовой нагрузки, в стареющих же восстановление было замедленным, что указывает на измененную архитектуру и функцию цитоскелета.

Остеоциты — главные регуляторы здоровья костей — при воздействии различных факторов стресса и с возрастом начинают твердеть. Теряя эластичность, они утрачивают способность воспринимать механические сигналы и реагировать, как прежде, на нагрузку, что и ослабляет кости.

До сих пор, отметили ученые, изменения механических свойств первичных остеоцитов, вызванных старением, изучались только на уровне отдельных клеток и были сосредоточены на фибробластах и коже в качестве модельных систем. Кроме того, большинство работ выстраивалось на выявлении старения с помощью генетических маркеров, здесь же найден биофизический.

Дальнейшее изучение влияния различных стрессоров на остеоциты позволит сделать более эффективной профилактику остеопороза — процесса разрушения костной ткани и ее потери в организме. В будущем, по мнению авторов статьи, можно оценивать функции костных клеток в ответ на механические стимулы или тренировки, посредством контролируемого накопления стареющих клеток. Это может послужить потенциальной терапевтической стратегией для омоложения остеоцитов и улучшения здоровья костей.

Научная работа опубликована в журналах Small и Aging Cell.