وداعاً لاستبدال المفاصل؟ علماء يجدون طريقة لإعادة بناء الغضروف ومواجهة خشونة المفاصل

تمكّن باحثون في جامعة ستانفورد من كبح بروتين يزداد مع التقدم في السن، فأعادوا بناء الغضروف التالف في ركبة الفئران المسنّة، وخفّضوا احتمال الإصابة بخشونة المفاصل بعد إصابة الركبة. وأثارت النتائج المشجعة على عينات الغضروف البشري تساؤلاً حول إمكانية ترميم الغضروف المتضرر في المستقبل دون استبدال المفصل.

ووفقا لتقرير السفير أرجان، الذي نقلته Sciencedaily، فقد حدد باحثون من جامعة ستانفورد طريقة يمكنها إعادة خلايا الغضروف إلى حالة أصغر سنا عن طريق تثبيط البروتين المرتبط بالشيخوخة والمساعدة في إعادة بناء غضروف الركبة التالف. وقد حققت هذه الطريقة نتائج ملحوظة في الفئران كبيرة السن، كما لوحظت علامات تجديد الأنسجة في عينات الغضاريف البشرية؛ اكتشاف يمكن أن يوفر طريقة جديدة لعلاج التهاب المفاصل وتقليل الحاجة إلى استبدال المفاصل في المستقبل.

لقد وجد العلماء طريقة لتجديد غضروف الركبة التالف والتي تركز على تثبيط بروتين يسمى 15-PGDH؛ بروتين تزداد كميته مع تقدم العمر ويلعب دورًا في تقليل وظيفة الأنسجة.

ومن خلال تثبيط هذا البروتين، تمكن الباحثون من استعادة غضروف الركبة المفقود لدى الفئران المسنة إلى حد كبير. كما قللت هذه الطريقة من احتمالية الإصابة بالتهاب المفاصل لدى الفئران التي عانت من إصابات مشابهة لتمزقات الرباط الصليبي الأمامي.

وكانت نتائج الاختبار على عينات الغضروف البشري واعدة أيضًا. وأظهرت العينات التي تم أخذها من مرضى التهاب المفاصل وأثناء جراحة استبدال مفصل الركبة بالكامل، بعد التعرض لمثبط البروتين هذا، علامات إنتاج غضروف مفصلي جديد وفعال.

تشير هذه النتائج إلى أن الغضروف المتضرر بسبب الشيخوخة أو التهاب المفاصل قد يكون لديه قدرة تجدد أكبر مما كان يعتقد سابقًا. ومع ذلك، ليس من الواضح بعد ما إذا كانت هذه الطريقة قادرة على تجديد الغضروف في جسم الإنسان بشكل فعال أو تقليل الحاجة إلى جراحة استبدال الركبة والورك.

استهداف عامل تدمير الغضروف في التهاب المفاصل

التهاب المفاصل هو مرض تنكس المفاصل الذي يتم فيه تدمير الغضروف تدريجيا. عندما يصبح هذا النسيج الواقي أرق، يصبح من الصعب على العظام أن تتحرك فوق بعضها البعض، ويزداد الألم والتورم وتقييد الحركة.

ويؤثر على واحد من كل خمسة بالغين في الولايات المتحدة، وتقدر تكاليف الرعاية الصحية المباشرة بنحو 65 مليار دولار سنويا.

تركز العلاجات الحالية بشكل أساسي على السيطرة على الألم والأعراض الأخرى. في المراحل المتقدمة من المرض، قد تكون جراحة استبدال المفاصل هي الخيار الوحيد المتبقي. حاليًا، لا يوجد دواء متاح يمكنه إيقاف أو عكس العملية الرئيسية لتدمير الغضاريف في التهاب المفاصل العظمي بشكل موثوق.

في هذه الدراسة، بدلاً من التركيز على تخفيف الأعراض، قام باحثون من جامعة ستانفورد بالتحقيق في بروتين يسمى 15-PGDH. إنهم يضعون هذا البروتين في مجموعة من الإنزيمات التي تتزايد مع تقدم العمر وتساعد على تقليل وظيفة أنسجة الجسم تدريجيًا. وقد أطلق الباحثون مصطلح "جيروزيم" على هذه المجموعة من الإنزيمات.

أظهرت الدراسات السابقة لنفس المجموعة أن 15-PGDH يلعب دورًا في العمليات المرتبطة بالشيخوخة في الأنسجة المختلفة. أدى تثبيط هذا البروتين باستخدام جزيء صغير إلى زيادة كتلة العضلات وتحسين القدرة على التحمل لدى الفئران كبيرة السن. وعلى العكس من ذلك فإن زيادة نشاط هذا البروتين لدى الفئران الصغيرة أدى إلى تقلص عضلاتها وإضعافها.

ويرتبط هذا البروتين أيضًا بعمليات تجديد العظام والأعصاب وخلايا الدم.

يتم إصلاح العديد من أنسجة الجسم بمساعدة الخلايا الجذعية المتخصصة؛ الخلايا التي تتكاثر وتصبح خلايا متخصصة. لكن الغضروف أظهر سلوكًا مختلفًا.

في هذا النسيج، يبدو أن الخلايا الغضروفية الموجودة، والتي تسمى الخلايا الغضروفية، تغير نمط نشاط جيناتها وتعود إلى حالة بيولوجية أصغر سنا دون الحاجة إلى الخلايا الجذعية.

وقالت هيلين بلو، أستاذة علم الأحياء الدقيقة والمناعة في جامعة ستانفورد: "هذه طريقة جديدة لتجديد الأنسجة الناضجة ولها إمكانات سريرية كبيرة لعلاج التهاب المفاصل الناجم عن الشيخوخة أو الإصابة. لقد بحثنا عن الخلايا الجذعية، ولكن تبين أن هذه الخلايا لا تلعب دورًا في عملية التجديد. وهذا أمر مثير للغاية".

بلو هو مدير مختبر باكستر لبيولوجيا الخلايا الجذعية في جامعة ستانفورد. يعد هو ونيدي بوتاني، الأستاذ المشارك في جراحة العظام، من كبار الباحثين في هذه الدراسة. وقد نشرت نتائج هذا البحث في المجلة العلمية "العلم".

تجديد كبير للغضاريف في الفئران المسنة

وأشار نيدي بوتاني إلى الحاجة إلى علاج مكثف في هذا المجال، وقال إن ملايين الأشخاص يعانون من آلام المفاصل وتورمها مع تقدمهم في السن، وحتى الآن لم يتوفر دواء يستهدف السبب الرئيسي لفقدان الغضروف بشكل مباشر.

ووفقا له، فإن مثبط هذا الإنزيم الجرثومي كان قادرا على خلق تجديد كبير في الغضروف. وهو التأثير الذي، وفقا للباحثين، تجاوز النتائج المبلغ عنها للعديد من الأدوية والتدخلات الأخرى.

هناك أنواع مختلفة من الغضاريف في جسم الإنسان، ولكل منها وظيفة مختلفة. الغضروف المرن هو نسيج ناعم ومرن موجود في هياكل مثل الأذن الخارجية. الغضروف الليفي أقوى ويساعد على تحمل القوة في مناطق مثل الأقراص الفقرية.

النوع الثالث هو الغضروف الزجاجي. نسيج أملس وزلق يسمح للعظام بالتحرك فوق بعضها البعض مع قليل من الاحتكاك. الغضروف المفصلي هو من نفس النوع ويوجد في المفاصل مثل الركبتين والوركين والكتفين والكاحلين.

يعد الغضروف المفصلي من أهم الأنسجة التي تتضرر بسبب التهاب المفاصل.

يمكن أن تلعب الشيخوخة وإصابات المفاصل والسمنة دورًا في حدوث هذا المرض أو تطوره. أثناء التهاب المفاصل العظمي، تبدأ الخلايا الغضروفية في إنتاج جزيئات التهابية وتكسير الكولاجين في نفس الوقت. الكولاجين هو بروتين هيكلي يوفر جزءًا مهمًا من قوة الغضاريف.

مع انخفاض الكولاجين، يصبح الغضروف أرق وأكثر ليونة. كما يؤدي الالتهاب أيضًا إلى تفاقم الألم والتورم، وفي النهاية، تتعطل الحركة الطبيعية للمفصل.

أحد التحديات الرئيسية في علاج التهاب المفاصل هو أن الغضروف المفصلي لديه قدرة محدودة على إصلاح نفسه بشكل طبيعي. على الرغم من أن الباحثين قد حددوا الخلايا الجذعية أو السلفية القادرة على تكوين الغضروف في العظام، إلا أنهم لم ينجحوا حتى الآن في تحديد مجموعة مماثلة من الخلايا في الغضروف المفصلي نفسه.

كيف تم استهداف البروتين المرتبط بالشيخوخة؟

وأظهرت الأبحاث السابقة للمختبر الأزرق أن جزيئا يسمى البروستاجلاندين E2 مهم في وظيفة الخلايا الجذعية العضلية. يقوم بروتين 15-PGDH بتكسير هذا الجزيء.

كان تثبيط 15-PGDH أو زيادة مستوى البروستاجلاندين E2 مرتبطًا سابقًا بتحسين تجديد العضلات والأعصاب والعظام والقولون والكبد وخلايا الدم في الفئران.

دفعت هذه النتائج الباحثين إلى التساؤل عما إذا كان هذا المسار البيولوجي نفسه يمكن أن يلعب أيضًا دورًا في تدمير الغضروف الناتج عن الشيخوخة أو الإصابة.

للتحقيق في هذه المشكلة، تمت مقارنة كمية البروتين 15-PGDH في غضروف الركبة لدى الفئران الصغيرة والكبار. وأظهرت النتائج أن كمية هذا البروتين تتضاعف تقريبًا مع تقدم العمر.

تم بعد ذلك إعطاء الفئران المسنة دواءً يحتوي على جزيء صغير مصمم لتثبيط 15-PGDH. وفي إحدى التجارب، تم حقن الدواء في تجويف البطن ليعمل في جميع أنحاء الجسم. وفي تجربة أخرى، تم حقن الدواء مباشرة في مفصل الركبة.

وكان لكلا الطريقتين نتائج هامة.

قبل العلاج، كان غضروف الركبة لدى الفئران المسنة أرق وأقل وظيفية مقارنة بالفئران الصغيرة. ولكن بعد العلاج زاد سمك الغضروف على سطح المفصل.

النقطة المهمة هي أن الأنسجة المجددة كانت من نوع الغضروف الزجاجي. نفس النوع من الغضروف الناعم والمتخصص الذي يعتبر ضروريًا لحركة المفاصل الصحية، وليس الغضروف الليفي الذي له خصائص ميكانيكية مختلفة.

وقال بوتاني إن تجديد الغضروف إلى هذا الحد في الفئران المسنة كان غير متوقع، حتى بالنسبة للباحثين أنفسهم.

تقليل احتمالية الإصابة بالتهاب المفاصل بعد إصابة الرباط الصليبي

وحقق الباحثون أيضًا فيما إذا كان تثبيط 15-PGDH يمكن أن يمنع التهاب المفاصل العظمي بعد إصابات الركبة الشديدة.

يعد تمزق الرباط الصليبي الأمامي أو تمزق الرباط الصليبي الأمامي أحد أكثر الإصابات شيوعًا في الألعاب الرياضية مثل كرة القدم وكرة السلة والتزلج؛ الرياضات التي تؤدي فيها التغييرات المفاجئة في اتجاه الحركة والتوقفات والقفزات السريعة إلى وضع ضغط كبير على الركبة.

يمكن للجراحة إصلاح الرباط التالف، لكن علاج الإصابة الأولية لا يمنع بالضرورة تدمير المفصل على المدى الطويل. تشير التقديرات المذكورة في هذا البحث إلى أن حوالي 50% من الأشخاص الذين يتعرضون لمثل هذه الإصابة سوف يصابون بالتهاب المفاصل في المفصل المصاب خلال حوالي 15 عامًا.

وفي التجارب على الحيوانات، أعطى الباحثون مثبط 15-PGDH للفئران مرتين في الأسبوع لمدة أربعة أسابيع بعد التسبب في الضرر.