Как ваш скелет растёт?

Кости стопы тушканчика трудно не заметить. Больше, чем лапы животных, они помогают двуногим грызунам пустыни быстро отпрыгивать от хищников. Теперь они также помогли учёным лучше понять, как растут кости до нужной длины. Это открытие поможет объяснить некоторые из факторов, которые влияют на форму скелетов, и как они в конечном счете могут помочь лечить костные дефекты роста.

Растущие кости удлиняются, когда клетки в так называемых ростовых пластинках, областях на концах растущих костей, умножаются и расширяются. Клетки, называемые хондроцитами, образуют хрящ, который обеспечивает каркас для зрелых кальцинированных костях, которые позже растут на них сверху. Учёные знали, что размер хондроцитов, и также их количество поможет решить, каких размеров и как будет быстро расти кость. Но именно то, как управляется рост размера ячейки, оставался загадкой.

Для наблюдения за изменениями, которые происходят из-за хондроцитов мыши в ростовой пластинке, генетик Кимберли Купер и физик Сеунген Ох из Гарвардской медицинской школы в Бостоне и его коллеги использовали дифракционную фазовую микроскопию. Это метод, который позволяет им сделать количественную оценку размеров и плотности живых клеток. В статье, опубликованной сегодня в природе, они сообщают, что клетки растущие в задних лапках мыши проходят через три этапа . Во-первых, клетки примерно в три раза увеличивают свой объем, сохраняя при этом свою плотность относительно постоянной. На втором этапе, клетки набухают резко, их объем увеличивается в четыре раза, а их содержание становится гораздо более разбавленным. На третьем этапе, клетки удваивают свой размер еще раз, но их плотность остается примерно одинаковой.

Когда учёные сравнили быстро и медленно растущие кости у одного и того же животного, то обнаружили, что в медленно развивающихся костях передних конечностей клетки прошли первый этап, но остановились на полпути к второй растущей фазе. Любопытно, что исследователи могли наблюдать аналогичные тенденции в родственных видах с совершенно иным скелетом. Учёные изучали рост пластин у меньших египетских тушканчиков (Jaculus jaculus). Они обнаружили, что хондроциты в большеберцовой кости (кость ноги) выросли также, как и у тех мышей. Но в плюсневой кости в ноге разница была серьёзной. В то время как хондроциты у мыши в плюсневой кости вырастали лишь в небольшом количестве в третьей фазе, хондроциты в ногах тушканчика продолжал расти резко в течение этого последнего этапа, в конечном итоге почти в 40 раз больше своего первоначального объема. Плюсневая кость у тушканчика, по отношению к размеру животного, около двух с половиной раза больше, чем кость у мыши.

Дальнейшие исследования показали, если ген, кодирующий инсулиноподобный фактор роста 1 (гормон, который как известно, влияет на рост и обмен веществ) отключен в частности, у мышах в задних лапах, то рост хондроцитов останавливается после второго этапа. "Это результат свидетельствует о том, что ген может играть ключевую роль в определении того, как долго растут различные кости и может дать ключ к лекарствам, которые могли бы помочь в лечении костных дефектов роста",- говорит Купер.

"Это очень интересный новый поворот в старом вопросе о том, как растут кости",- говорит Корнелия Фарнум, анатом и почетный профессор Корнельского университета. "Определение трех этапов роста хондроцитов будет подспорьем для учёных, чтобы выяснить точно, как происходят изменения на каждом этапе",- говорит она. "Это, в свою очередь, может помочь объяснить, как генетические изменения привели к различным формам скелета."