Jak funguje chrupavka – a proč se nedokáže sama hojit

Pokaždé, když ohnete koleno, otočíte ramenem nebo otočíte hlavou, tenká vrstva lesklé bílé tkáně absorbuje náraz a umožňuje kosti klouzat proti kosti bez tření. Tou tkání je kloubní chrupavka a ve své práci je pozoruhodně dobrá – dokud se nepoškodí. Jakmile se chrupavka opotřebuje, tělo téměř nemá schopnost ji znovu dorůst.

Toto biologické omezení je jádrem osteoartrózy, nejčastějšího onemocnění kloubů na planetě. Podle systematické analýzy publikované v časopise The Lancet Rheumatology žilo v roce 2020 s osteoartrózou přibližně 595 milionů lidí na celém světě – což je nárůst o 132 procent od roku 1990. Předpokládá se, že do roku 2050 se toto číslo přiblíží jedné miliardě. Nejčastěji postiženým kloubem je koleno, které představuje přibližně 365 milionů případů.

Z čeho se skládá chrupavka

Kloubní chrupavka je specializovaná pojivová tkáň složená pouze z jednoho typu buněk: chondrocytů. Tyto buňky sedí uvnitř drobných kapsiček zvaných lakuny, uložených v husté extracelulární matrix kolagenových vláken a proteoglykanů. Matrix dává chrupavce její jedinečnou kombinaci pevnosti a pružnosti, což jí umožňuje absorbovat kompresní síly mnohonásobně převyšující tělesnou hmotnost člověka při každodenních činnostech, jako je chůze nebo chůze do schodů.

Chrupavka je uspořádána do odlišných zón, z nichž každá má jinou orientaci kolagenu. Povrchová zóna má vlákna uspořádaná rovnoběžně s kloubem, odolávající smyku. Hlubší vrstvy mají vlákna orientovaná vertikálně, odolávající kompresi. Tato architektura je precizně navržena přírodou – a je nesmírně obtížné ji replikovat.

Proč se nedokáže sama opravit

Většina tkání v těle se hojí prostřednictvím dobře nacvičené sekvence: k místu poranění se nahrne krev, která dodává kyslík, imunitní buňky a růstové faktory, které spouštějí opravu. Chrupavka tento celý proces vynechává, protože nemá žádné krevní cévy. Je avaskulární, což znamená, že chondrocyty přijímají živiny pouze pomalou difúzí ze synoviální tekutiny, která omývá kloub.

To vytváří kaskádu problémů. Bez krevního zásobení nedochází k zánětlivé reakci, která by nastartovala hojení. Bez zánětu nedochází k náboru kmenových buněk nebo progenitorových buněk do místa poškození. A protože jsou chondrocyty uzamčeny uvnitř svých lakun v husté matrix, nemohou migrovat, aby vyplnily defekt, jako to dělají kožní buňky, které se plazí přes ránu. Chrupavka také postrádá lymfatickou drenáž a nervové zásobení, což dále omezuje schopnost těla vnímat zranění a reagovat na něj.

Výsledkem je, že i malé defekty chrupavky mají tendenci přetrvávat a postupně se zvětšovat. Mechanické napětí se koncentruje kolem okrajů defektu, což urychluje rozpad. V průběhu let se ochranná vrstva ztenčuje, dokud se kost netře o kost – což je charakteristická bolest pokročilé osteoartrózy.

Současné možnosti léčby

Protože se chrupavka nedokáže sama regenerovat, současná léčba se zaměřuje spíše na zvládání příznaků než na zvrácení poškození. Fyzikální terapie, regulace hmotnosti a cvičení posilují svaly kolem kloubu a mohou snížit bolest. Protizánětlivé léky pomáhají kontrolovat vzplanutí. Pokud konzervativní přístupy selžou, mohou chirurgové provést mikrofrakturu – vyvrtání drobných otvorů do kosti pod chrupavkou, aby se uvolnily buňky kostní dřeně – ale to produkuje fibrocartilage, hrubší, slabší náhradu, která má tendenci se během několika let rozpadnout.

V závažných případech zůstává náhrada kloubu nejspolehlivějším řešením. Jen ve Spojených státech provádějí chirurgové ročně více než 790 000 náhrad kolenního kloubu. Umělé klouby vydrží v průměru 15 až 20 let, ale nejsou ideální pro mladší, aktivní pacienty, kteří mohou implantát přežít.

Závod o dorůstání chrupavky

Vědci se snaží překonat biologickou tvrdohlavost chrupavky pomocí několika strategií. Jeden z nejslibnějších nedávných průlomů pochází ze Stanford Medicine, kde vědci identifikovali protein zvaný 15-PGDH, který se s věkem zvyšuje a potlačuje regeneraci chrupavky. Když tento protein u starých myší zablokovali, chondrocyty se vrátily do mladšího stavu a začaly produkovat zdravou novou chrupavku – bez nutnosti transplantace kmenových buněk. Vzorky lidské chrupavky z operací náhrady kolenního kloubu vykazovaly časné známky regenerace po vystavení stejné léčbě.

Mezi další přístupy patří implantace laboratorně pěstovaných chondrocytů odvozených z indukovaných pluripotentních kmenových buněk, použití bioaktivních lešení osázených mezenchymálními kmenovými buňkami a využití extracelulárních vezikulů zvaných exozomy k doručování protizánětlivých signálů přímo do poškozených kloubů. Zkoumá se také trojrozměrný bioprinting pro výrobu konstruktů chrupavky specifických pro pacienta s přesnou vrstvenou architekturou, kterou přirozená chrupavka vyžaduje.

Žádná z těchto terapií dosud nedosáhla širokého klinického využití, ale tempo objevů se zrychluje. Pro stovky milionů lidí, jejichž klouby se tiše opotřebovávají, může mít otázka, proč se chrupavka nedokáže sama hojit, brzy nadějnější pokračování: jak se věda naučila ji k tomu přimět.