Разработка BP-NELL-PEG позволила добиться положительной динамики в восстановлении костной ткани при остеопорозе. Специалисты предполагают, что в перспективе препарат может найти применение в условиях космических перелётов.
При длительном пребывании на низкой околоземной орбите костная масса космонавтов уменьшается примерно на один процент ежемесячно. Это может стать серьезным препятствием для осуществления перспективных длительных космических миссий, таких как полеты на Луну и Марс. Специалисты активно ищут способы решения этой задачи, и недавно свой вклад внесли ортопеды, хирурги и биоинженеры из Медицинской школы Дэвида Геффена при Калифорнийском университете (Лос-Анджелес, США), а также их коллеги из Школы стоматологии Германа Остроу при Университете Южной Калифорнии и Исследовательского центра Эймса NASA.
«Наибольшую опасность для здоровья космонавтов во время полетов представляют микрогравитация, повышенный уровень радиации и изменения в составе биологических жидкостей. Эти факторы вызывают физиологические нарушения, такие как атрофия мышц, снижение прочности костей, ослабление иммунной системы, ухудшение зрения и развитие сердечно-сосудистых заболеваний. В частности, в условиях микрогравитации потеря костной массы происходит в 12 раз быстрее, чем на Земле. Это увеличивает риск переломов во время продолжительных космических миссий и в дальнейшем. Текущая стратегия NASA, направленная на снижение негативного воздействия, основана на механической нагрузке, создаваемой физическими упражнениями, для стимуляции деятельности клеток, формирующих костную ткань, и подавления активности клеток, разрушающих кости, а также для поддержания костного формирования. Однако, по мнению исследователей, данная стратегия, возможно, не является идеальной.
В исследовании, опубликованном в журнале npj Microgravity, в ходе презентации были представлены результаты испытаний препарата, являющегося аналогом человеческого белка NELL-1 – одной из сигнальных молекул, регулирующих рост костной ткани. Подобно физнагузкам, NELL-1 повышает активность остеобластов, подавляет остеокласты и активирует Wnt/β-катениновый сигнальный путь посредством взаимодействия с геном Cntnap4 и бета-1-интегрином.
Для оценки влияния препарата BP-NELL-PEG на состояние костной ткани, ученые провели исследование на мышах, возраст которых соответствовал 30-й неделе беременности, и которые имитировали космический полет. Первая группа грызунов была доставлена на МКС в 2017 году в рамках миссии SpaceX CRS-11 и затем возвращена на Землю (одна часть – через четыре с половиной недели после запуска, другая – после девяти недель), в то время как контрольная группа находилась в аналогичных условиях в Космическом центре Кеннеди.
Начиная с первой недели пребывания на орбите и далее каждые две недели грызунам вводили либо плацебо, либо инъекции BP-NELL-PEG. Подобные процедуры проводились и с животными, участвующими в лабораторном исследовании. Сроки проведения манипуляций были строго синхронизированы в обеих группах. После этого всех мышей перевезли в Калифорнийский университет, где исследователи провели их умерщвление, заморозку и приступили к изучению скелетов.
«Наши исследования показали, что BP-NELL-PEG существенно способствует укреплению костной ткани (остеогенез, или костеобразование. — Прим. ред.) у мышей, слетавших в космос и остававшихся в лаборатории, без очевидных неблагоприятных последствий для здоровья. Наши результаты подтвердили, что BP-NELL-PEG — многообещающее терапевтическое средство, которое обратило вспять потерю костной массы в результате длительного воздействия микрогравитации и дегенерации скелетно-мышечной системы на Земле. Это особенно важно, когда тренировки с отягощениями невозможны из-за недееспособности (к примеру, после переломов и инсульта)», — рассказали авторы эксперимента.
Для оптимизации применения препарата BP-NELL-PEG и его доставки на МКС, ученые стремятся сократить число инъекций. В связи с этим, они увеличили терапевтический эффект NELL-1, расширив время его полураспада с 5,5 до 15,5 часа, не снизив при этом его биологическую активность. В дальнейшем исследователи намерены подтвердить полученные результаты в ходе клинических испытаний.