В Институте коллоидных и пограничных исследований им. Макса Планка в Потсдаме (MPIKG) сделали фундаментальное открытие – ученые обнаружили, где в сетевых структурах костной ткани находятся так называемые механосенсоры. Именно они "информируют" о внешней нагрузке клеточную сеть, скрытую внутри кости в системе каналов. Обнаруженная клеточная сеть – это своеобразный сложнейший коммутатор, который способен чувствовать давление извне и переводить нагрузку на кость в поток жидкости через эту сеть тонких канальцев.

"Механосенсоры позволяют костям наращиваться там, где это механически необходимо, и разрушаться на других участках", – объясняет руководитель исследовательской группы Рихард Вайнкамер (Richard Weinkamer) из отдела биоматериалов MPIKG. А импульс к революционному эксперименту, которые немецкие ученые провели с помощью мышей, дало наблюдение, показавшее, что кости могут тренироваться подобно мышце: запоминая необходимую задачу и приспосабливаясь к нагрузке. Так, вызванное нагрузкой напряжение заставляет жидкость в костной ткани перемещаться в разных направлениях, отчего клетки раздражаются и реагируют на изменения.

"Результаты исследований убедили нас в том, что костные клетки внутри сетевой структуры способны различать поток жидкости, общаться друг с другом, а также передавать другим клеткам информацию о росте костей", – говорит Александр ван Тол (Alexander van Tol), проводивший лабораторный эксперимент. Сетевая структура костей, по его словам, имеет сходство с нейронными сетями мозга. Эта сеть настолько плотная, что в кубическом сантиметре мышиных костей "упаковано" 270 километров каналов.

Во время эксперимента над мышами ученые изучали различные вида нагрузки нагрузке на их  костный аппарат. С помощью лазерной сканирующей микроскопии клеточные сети костей трансформировались в 3D-проекцию, после чего эти данные использовались для расчета скорости потока жидкости. Компьютерная симуляция позволила имитировать поток жидкости в костной ткани через сеть с миллионами каналов. Немецкие исследователи первыми в мире смогли провести такого рода измерения и объяснить механизм жидкостной системы в костях. До этих пор мировое ученое сообщество только строило догадки об этих процессах.

По мнению Рихарда Вайнкамера, открытие его команды несет с собой перспективу  более эффективной борьбы с возрастной потерей костной массы, – в частности, остеопорозом. "Знание сетевой структуры костей – где и как расположены сенсоры – позволяет понять, как на них можно воздействовать", – сказал руководитель исследовательской группы. К примеру, лекарства могут влиять на взаимодействие между жидкостью и костными клетками, чтобы снять блокировки в системе.

Кроме того, эксперимент показал, что подопытные животные, производящие малый объем новой костной ткани, обладают замедленным потоком жидкости. Это дало основание ученым считать, что такая зависимость действительна и в отношении человеческого организма. В будущем исследователи MPIKG намерены выяснить, как ведут себя различные кости в скелете человека.

Арина Попова