Исследователи из Университета Помпеу Фабра (UPF) создали первый в мире вычислительный симулятор для изучения биохимических процессов в межпозвоночных дисках. Это прорывное исследование было проведено в сотрудничестве с Исследовательским институтом больницы дель Мар (HMRIB), а его результаты опубликованы в престижном научном журнале npj Systems Biology and Applications.
Проект возглавили Жером Ноайи, руководитель исследовательского направления биомеханики и механобиологии (BMMB) в подразделении BCN MedTech Департамента инженерии UPF, и Жанет Пиньеро, исследователь из Программы исследований в области биомедицинской информатики (GRIB), совместно разрабатываемой HMRIB и Департаментом медицины и наук о жизни UPF.
Межпозвоночные диски, расположенные между позвонками, играют критическую роль в обеспечении гибкости позвоночника и амортизации ударов. Они смягчают воздействие от повседневных действий, таких как ходьба, бег и поднятие тяжестей, а также обеспечивают артикуляцию и стабилизацию позвоночника. Эти структуры обладают уникальными характеристиками: они представляют собой крупнейшую часть человеческого тела без кровотока, полагаясь на межклеточную жидкость (преимущественно солевой раствор) для доставки питательных веществ. Из-за отсутствия иммунных клеток, переносимых кровью, клетки дисков могут брать на себя иммунные функции.
Дегенерация дисков может быть вызвана различными факторами, включая генетическую предрасположенность, возраст, метаболические нарушения, механические нагрузки и воздействие окружающей среды. Этот процесс характеризуется дисбалансом между анаболизмом (формированием тканей) и катаболизмом (разрушением тканей). Клетки диска способны генерировать сигналы тревоги, запускающие выработку провоспалительных белков, которые оказывают двойное воздействие: снижают производство тканей диска и увеличивают выработку ферментов, разрушающих ткани.
Разработанный исследователями вычислительный симулятор, названный «Моделью регуляторной сети», имитирует взаимодействие 33 белков в межклеточной жидкости и 153 возможных взаимодействия между этими белками. Модель интегрирует знания из 103 научных статей о студенистом ядре (nucleus pulposus) — центральной ткани диска. Это позволяет связать ранее изолированные исследования о поведении клеток диска и предоставить целостную картину происходящих процессов. Симулятор был предоставлен в открытый доступ для научного сообщества.
Значимость этой разработки трудно переоценить. Симулятор позволяет лучше понять биологические причины боли в спине и моделировать эффекты различных процентных соотношений белков в межклеточной жидкости. Он закладывает основу для разработки будущих персонализированных биологических методов лечения, которые могут включать получение обогащенной белками сыворотки из крови пациента и доставку этой сыворотки в межпозвоночные диски для восстановления их биологического обслуживания.
Важно отметить различие между типами лечения: биологические методы, на которых сфокусировано текущее исследование, воздействуют на межклеточную жидкость для стимуляции клеток, в то время как фармакологические методы будут действовать на биохимические процессы внутри клеток и станут предметом будущих исследований.
Эта инновационная разработка открывает новые горизонты в понимании и лечении заболеваний межпозвоночных дисков, предлагая потенциальное решение проблемы, от которой страдают миллионы людей во всем мире.
Изображение носит иллюстративный характер
Проект возглавили Жером Ноайи, руководитель исследовательского направления биомеханики и механобиологии (BMMB) в подразделении BCN MedTech Департамента инженерии UPF, и Жанет Пиньеро, исследователь из Программы исследований в области биомедицинской информатики (GRIB), совместно разрабатываемой HMRIB и Департаментом медицины и наук о жизни UPF.
Межпозвоночные диски, расположенные между позвонками, играют критическую роль в обеспечении гибкости позвоночника и амортизации ударов. Они смягчают воздействие от повседневных действий, таких как ходьба, бег и поднятие тяжестей, а также обеспечивают артикуляцию и стабилизацию позвоночника. Эти структуры обладают уникальными характеристиками: они представляют собой крупнейшую часть человеческого тела без кровотока, полагаясь на межклеточную жидкость (преимущественно солевой раствор) для доставки питательных веществ. Из-за отсутствия иммунных клеток, переносимых кровью, клетки дисков могут брать на себя иммунные функции.
Дегенерация дисков может быть вызвана различными факторами, включая генетическую предрасположенность, возраст, метаболические нарушения, механические нагрузки и воздействие окружающей среды. Этот процесс характеризуется дисбалансом между анаболизмом (формированием тканей) и катаболизмом (разрушением тканей). Клетки диска способны генерировать сигналы тревоги, запускающие выработку провоспалительных белков, которые оказывают двойное воздействие: снижают производство тканей диска и увеличивают выработку ферментов, разрушающих ткани.
Разработанный исследователями вычислительный симулятор, названный «Моделью регуляторной сети», имитирует взаимодействие 33 белков в межклеточной жидкости и 153 возможных взаимодействия между этими белками. Модель интегрирует знания из 103 научных статей о студенистом ядре (nucleus pulposus) — центральной ткани диска. Это позволяет связать ранее изолированные исследования о поведении клеток диска и предоставить целостную картину происходящих процессов. Симулятор был предоставлен в открытый доступ для научного сообщества.
Значимость этой разработки трудно переоценить. Симулятор позволяет лучше понять биологические причины боли в спине и моделировать эффекты различных процентных соотношений белков в межклеточной жидкости. Он закладывает основу для разработки будущих персонализированных биологических методов лечения, которые могут включать получение обогащенной белками сыворотки из крови пациента и доставку этой сыворотки в межпозвоночные диски для восстановления их биологического обслуживания.
Важно отметить различие между типами лечения: биологические методы, на которых сфокусировано текущее исследование, воздействуют на межклеточную жидкость для стимуляции клеток, в то время как фармакологические методы будут действовать на биохимические процессы внутри клеток и станут предметом будущих исследований.
Эта инновационная разработка открывает новые горизонты в понимании и лечении заболеваний межпозвоночных дисков, предлагая потенциальное решение проблемы, от которой страдают миллионы людей во всем мире.
