Svážnými komplikacemi při léčbě zlomenin kostí se potýkají nejen oběti dopravních nehod nebo těžkých sportovních úrazů. Nehojící se fraktury pronásledují i seniory trpící osteoporózou. Také pacienty, kterým lékaři odstranili s nádorem velkou část kosti, čeká obtížná cesta k uzdravení.
V řadě případů odděluje zlomené konce kosti velká mezera a ty bez vzájemného kontaktu nesrůstají. Lékaři proto vyplňují mezeru ve zlomenině kusem kosti odebraným z pacientova těla nebo od dárce. Ročně je na světě takový kostní štěp voperován do komplikované zlomeniny více než dvěma milionům pacientů.
Život mohl vzniknout z anorganických látek, potvrdili čeští vědci |
„Bohužel, léčba kostním štěpem má svá omezení,“ říká chirurg Dan Gazit z losangeleského lékařské střediska Cedars-Sinai. „Ve spoustě případů nedokážeme kosti pacientům uzdravit.“
Často nemají lékaři pro kostní štěp dostatečné množství zdravé kostní tkáně. Kostní štěpy dárců je nutné před transplantací na poraněné místo sterilizovat. Přitom se v kosti zničí mnoho důležitých molekul nutných pro její růst. Kostní štěp dárce se pak nemusí spojit s poškozenou kostí pacienta, nebo neroste tak, jak je to ke zhojení zlomeniny zapotřebí. I když se podaří odebrat kostní štěp například z pacientovy pánve, bývá uzdravování dlouhé a složité.
Buněčná a genová terapie
Vědci naštěstí už znají geny, které se na regulaci růstu kostí podílejí, a teď se pokoušejí jejich aktivací při genové terapii navodit podmínky pro rozsáhlou regeneraci kostní tkáně. Biologové pronikli do tajů procesů, kterými se kmenové buňky kostní dřeně mění na kost nebo chrupavku. V řadě experimentů už dosáhli při léčbě komplikovaných zlomenin buněčnou terapií kmenovými buňkami slibných výsledků.
Nové přístupy k léčbě zlomenin však zatím neodrostly dětským nemocem a na ortopedických operačních sálech se běžně neuplatňují. Mezinárodní tým pod vedením Dana Gazita nyní vyzkoušel kombinaci několika různých přístupů a dosáhl rozsáhlé regenerace těžce poškozených kostí u prasat. Vědci o tom referují ve studii publikované v předním lékařském časopise Science Translational Medicine.
Most z kosti
Už delší dobu se vědci pokoušejí pacientůmskomplikovanými zlomeninami přemostit mezeru mezi konci kostí materiálem, který by dovolil kmenovým buňkám migrovat z kostní dřeně ven a vyplnit volný prostor novou tkání. Výsledky ale nenaplňují očekávání. Kmenové buňky kostní dřeně se mohou proměnit na různé specializované buňky a kromě kosti vytvářejí třeba i tukovou tkáň nebo buňky zvané fibroblasty. Na „lešení“ spojujícím konce zlomené kosti vypadnou mnohé z kmenových buněk z role tvůrce kostí a mění se na typy buněk, jež jsou pro plně funkční kost nežádoucí.
Čeští vědci přišli na způsob výroby účinnějších antibiotik |
Proto se vědci snažili kmenové buňky kostní dřeně „postrčit“ k proměně na potřebné typy buněk. Ve zdravé kosti zajišťují její růst a obnovu bílkoviny označované souhrnně jako kostní morfogenické proteiny. Při proměně kmenové buňky kostní dřeně na buňku kosti musí tyto kostitvorné proteiny působit aspoň týden. Pokud lékaři přidávají hotový kostní morfogenický protein do „lešení“ spojujícího zlomené konce kosti, mizí tato bílkovina už po několika hodinách a přestavbu kmenových buněk na kost nezvládne.
Vědci proto zkoušejí zajistit produkci kostních morfogenických proteinů samotnými kmenovými buňkami. Dan Gazit a jeho spolupracovníci vnášeli do zlomených kostí prasat geny pro různé typy kostních morfogenických proteinů a podařilo se jim růst kosti nabudit. Na zhojení zlomeniny to však nestačilo.
Nadějné vyhlídky
V nejnovějším experimentu se Gazit a jeho tým se rozhodli pro útok na více frontách. Pokusným prasatůmchirurgicky přerušili holenní kostamezi oběma konci zlomeniny nechali centimetr širokou mezeru. Taková zlomenina by se za normálních okolností nezhojila. Vědci proto vyplnili mezeru mezi kostmi hustou sítí z bílkoviny kolagenu. Ten je nedílnou součástí každé tkáně těla včetně kostí a tvoří základní síť, na níž jsou navěšeny všechny buňky.
Kolagenové lešení dovolilo buňkám kostní dřeně, aby vycestovaly do mezery mezi konci zlomené holeně. Bez příslušného kostního morfogenického proteinu by ale tyto buňky neodvedly svou práci a mnohé z nich by se zvrhly na nežádoucí typy buněk.
Dan Gazit a jeho spolupracovníci proto po dvou týdnech vnesli do zlomeného místa roztok s mnoha kopiemi genu pro kostní morfogenický protein. Spolu s nimi vstříkli do zlomené holeně i mikroskopické bublinky uzavřené do tenké membrány z tuků. Potom vystavili poraněnou kost ultrazvuku a s jeho pomocí uvedli bublinky do vibrací. Bublinky narážely na kmenové buňky kostní dřeně usídlené na kolagenovém lešení a otevíraly v jejich stěnách otvory nanometrových rozměrů. Těmi pak do nitra buňky pronikaly geny pro kostní morfogenický protein.
Buňky si geny osvojily a vyprodukovaly podle jeho instrukcí kostitvorný protein. Během následujících šesti týdnů se zlomenina zhojila. Výsledek byl ve všech ohledech srovnatelný s léčbou zlomenin, při které Gazit a jeho kolegové použili vlastní kostní štěpy prasat. Vědci ze střediska CedarsSinai povzbuzeni tímto úspěchem teď plánují spuštění prvních klinických zkoušek na pacientech s komplikovanými zlomeninami.
