Какая роль у генетики в развитии заболеваний спины?

Анатомия

В середине 90-х годов прошлого века был достигнут огромный прогресс в области молекулярной биологии, генетики и тканевой инженерии, что привело к повышенному вниманию к влиянию факторов роста на клетки межпозвонковых дисков. За последние годы было проведено множество клинических и экспериментальных исследований, направленных на генную терапию и биологическое восстановление тканей пораженных дисков.

В области лечения межпозвоночных грыж трудно представить какое-либо революционное изобретение, поскольку большинство консервативных и хирургических методов уже существует и со временем совершенствуется. Тем не менее изучение возможностей генной терапии в сочетании с малоинвазивными хирургическими методиками представляется интересным и выгодным, поскольку позволяет не только остановить развитие дегенеративных заболеваний, но и регенерировать межпозвонковый диск.

Дегенеративно-дистрофический процесс в межпозвонковом диске начинается с изменения биохимии и морфологии, что в конечном итоге приводит к нарушению биомеханики позвоночно-двигательного сегмента. Первоначально нарушается матрикс, что приводит к потере жизнеспособности клеток и снижению амортизационных и биомеханических свойств. Это приводит к нарушению целостности диска.

Матрикс межпозвоночного диска состоит из макромолекул, основными компонентами которых являются коллаген и протеогликаны. Эти молекулы отвечают за придание матриксу определенной формы и эластичности, а также за устойчивость к механическим повреждениям. Кроме того, они выполняют роль магнитов для воды и необходимых питательных веществ. Фиброзное кольцо межпозвоночного диска содержит около 70% коллагеновых белков, в то время как в пульпозном ядре концентрация протеогликанов выше (более 50%). При остеохондрозе хондроцитарный фенотип, расположенный в пульпозном ядре, замещается фиброзной тканью.

Дегенерация диска

С возрастом межпозвонковые диски претерпевают морфологические изменения. Вначале происходит дегидратация и ослабление ядра, затем появляются трещины в фиброзных стенках и концевых пластинках, граничащих с телами позвонков.

На молекулярном уровне: Ограничивается диффузия воды, микроэлементов и жизненно важных питательных веществ; клетки начинают отмирать, образуются участки апоптоза; снижается выработка протеогликанов и происходит перемещение коллагена. Кроме того, в пораженном межпозвонковом диске обычно обнаруживается множество медиаторов воспаления. К ним относятся: оксид азота, фибронектин, интерлейкины, простагландины, фактор роста опухоли, матриксная металлопротеиназа и др. Каждое из этих веществ играет свою роль в развитии патологии.

Например, оксид азота, наряду с интерлейкинами и простагландинами, может ингибировать синтез протеогликанов. Ингибитор — это соединение, которое подавляет или уменьшает химические или биологические процессы. Это способствует образованию протрузии, которая приводит к грыже межпозвонкового диска и симптомам болевого синдрома. Металлопротеиназы и факторы роста опухолей также делают спинномозговые корешки более восприимчивыми к компрессии из-за повышенной чувствительности.

Генетическое лечение

Различные подходы к лечению грыж межпозвонковых дисков включают консервативные методы лечения и хирургические вмешательства, направленные на уменьшение выраженности симптомов. Однако они не устраняют причины, лежащие в основе дегенеративных процессов. Биологические подходы в этом отношении более перспективны, поскольку позволяют не только замедлить прогрессирование заболевания, но и частично регенерировать пораженный хрящ.

Последние достижения в области молекулярной медицины позволили разработать новые методы лечения заболеваний позвоночника, такие как перенос генов и факторов роста клеток. Этот процесс подразумевает введение генетического материала в определенные клетки для получения необходимого терапевтического эффекта, что особенно эффективно при лечении заболеваний, вызванных генетической мутацией в одном гене.

Для переноса необходимых генов используются различные «векторы» или носители. Их можно классифицировать как вирусные и невирусные. Вирусные векторы особенно успешно справляются с задачей переноса генетического материала непосредственно в клетку, а также берут на себя контроль над репликацией и транскрипцией ДНК.

Ретровирусы, содержащие РНК, способны встраиваться в геном реципиента, эффективно перенося нужный ген в его хромосомы. В отличие от них, аденовирусы содержат ДНК и могут вместить в четыре раза больше генетического материала, чем ретровирусы, но имеют короткое время экспрессии в клетках хозяина и вызывают иммунный ответ, поэтому могут быть использованы только один раз. Кроме того, аденоассоциированные или порвовирусы могут проникать в неделящиеся клетки, но несут лишь небольшое количество генетического материала и сложны в производстве.

Вместо вирусных векторов невирусные векторы используют химические и физические субстраты для доставки генетического кода в нужную клетку. Такие векторы менее подвержены разрушению, могут вмещать значительное количество генетического материала, не вызывают иммунного ответа и могут использоваться многократно. Недостатком является низкая эффективность трансфекции и ограниченная продолжительность экспрессии.

К невирусным векторам можно отнести

плазмиды, катионные липосомы, ДНК-лиганды и генную пушку. Плазмиды — это ДНК-структуры, передающие гены, необходимые бактериям для приобретения иммунитета к антибиотикам. Для того чтобы они распознавались всеми клетками-реципиентами, их инкапсулируют в специальную оболочку. Катионные липосомы способны переносить большие объемы необходимого генетического материала и вводятся в клетку, прикрепляясь к ее мембране. ДНК-лиганды состоят из комплексов белков и ДНК, которые воспринимаются рецепторными участками на мембране клетки. После того как белковая часть связывается с поверхностью клетки-мишени, она поглощается путем фагоцитоза. Принцип генной пушки предполагает выстреливание в клетку-реципиент металлических частиц с тонким слоем генетического материала (ДНК) — эти частицы могут приводиться в движение либо электрическим током, либо под давлением.