Jak działa chrząstka – i dlaczego nie potrafi się sama regenerować

Za każdym razem, gdy zginasz kolano, obracasz bark, czy skręcasz głowę, cienka warstwa lśniącej, białej tkanki amortyzuje wstrząsy i pozwala kości ślizgać się po kości bez tarcia. Tą tkanką jest chrząstka stawowa, która doskonale spełnia swoje zadanie – dopóki nie zostanie uszkodzona. Kiedy chrząstka się zużyje, organizm prawie nie ma możliwości jej odbudowy.

To biologiczne ograniczenie leży u podstaw choroby zwyrodnieniowej stawów, najczęstszej choroby stawów na świecie. Według systematycznej analizy opublikowanej w The Lancet Rheumatology, w 2020 roku z chorobą zwyrodnieniową stawów żyło około 595 milionów ludzi na całym świecie – co stanowi wzrost o 132 procent od 1990 roku. Prognozuje się, że do 2050 roku liczba ta zbliży się do miliarda. Kolano jest najczęściej dotkniętym stawem, odpowiadającym za około 365 milionów przypadków.

Z czego zbudowana jest chrząstka?

Chrząstka stawowa to wyspecjalizowana tkanka łączna składająca się tylko z jednego rodzaju komórek: chondrocytów. Komórki te znajdują się w maleńkich kieszonkach zwanych jamkami, zanurzonych w gęstej macierzy zewnątrzkomórkowej włókien kolagenowych i proteoglikanów. Macierz nadaje chrząstce unikalne połączenie wytrzymałości i elastyczności, pozwalając jej absorbować siły ściskające wielokrotnie przekraczające masę ciała człowieka podczas codziennych czynności, takich jak chodzenie lub wchodzenie po schodach.

Chrząstka jest zorganizowana w odrębne strefy, z których każda ma inną orientację kolagenu. Strefa powierzchniowa ma włókna ułożone równolegle do stawu, co zapewnia odporność na ścinanie. Głębsze warstwy mają włókna ułożone pionowo, co zapewnia odporność na ściskanie. Ta architektura jest precyzyjnie zaprojektowana przez naturę – i niezwykle trudna do odtworzenia.

Dlaczego nie potrafi się sama naprawić?

Większość tkanek w organizmie goi się poprzez dobrze przećwiczoną sekwencję: krew napływa do miejsca urazu, dostarczając tlen, komórki odpornościowe i czynniki wzrostu, które inicjują naprawę. Chrząstka pomija cały ten proces, ponieważ nie ma naczyń krwionośnych. Jest unaczyniona, co oznacza, że chondrocyty otrzymują składniki odżywcze wyłącznie poprzez powolną dyfuzję z płynu maziowego, który kąpie staw.

To powoduje lawinę problemów. Bez dopływu krwi nie ma reakcji zapalnej, która mogłaby zapoczątkować gojenie. Bez stanu zapalnego nie ma rekrutacji komórek macierzystych lub komórek progenitorowych do miejsca uszkodzenia. A ponieważ chondrocyty są uwięzione w swoich jamkach w gęstej macierzy, nie mogą migrować, aby wypełnić ubytek, tak jak komórki skóry przemieszczają się po ranie. Chrząstce brakuje również drenażu limfatycznego i unerwienia, co dodatkowo ogranicza świadomość organizmu i reakcję na uraz.

W rezultacie nawet niewielkie ubytki chrząstki mają tendencję do utrzymywania się i stopniowego powiększania. Naprężenia mechaniczne koncentrują się wokół krawędzi ubytku, przyspieszając rozpad. Z biegiem lat warstwa ochronna staje się cieńsza, aż kość trze o kość – co jest charakterystycznym bólem zaawansowanej choroby zwyrodnieniowej stawów.

Obecne opcje leczenia

Ponieważ chrząstka nie może się sama regenerować, obecne metody leczenia koncentrują się na łagodzeniu objawów, a nie na odwracaniu uszkodzeń. Fizjoterapia, kontrola wagi i ćwiczenia wzmacniają mięśnie wokół stawu i mogą zmniejszyć ból. Leki przeciwzapalne pomagają kontrolować zaostrzenia. Gdy metody zachowawcze zawiodą, chirurdzy mogą wykonać mikrozłamania – wiercenie maleńkich otworów w kości pod chrząstką, aby uwolnić komórki szpiku – ale to wytwarza chrząstkę włóknistą, szorstki, słabszy substytut, który zwykle ulega rozpadowi w ciągu kilku lat.

W ciężkich przypadkach operacja wymiany stawu pozostaje najbardziej niezawodnym rozwiązaniem. Sami chirurdzy w Stanach Zjednoczonych wykonują rocznie ponad 790 000 zabiegów wymiany kolana. Sztuczne stawy wytrzymują średnio od 15 do 20 lat, ale nie są idealne dla młodszych, aktywnych pacjentów, którzy mogą przeżyć implant.

Wyścig o odtworzenie chrząstki

Naukowcy realizują wiele strategii, aby przezwyciężyć biologiczną upartość chrząstki. Jednym z najbardziej obiecujących ostatnich przełomów pochodzi z Stanford Medicine, gdzie naukowcy zidentyfikowali białko o nazwie 15-PGDH, którego poziom wzrasta z wiekiem i hamuje regenerację chrząstki. Kiedy zablokowali to białko u starych myszy, chondrocyty powróciły do bardziej młodzieńczego stanu i zaczęły wytwarzać zdrową, nową chrząstkę – bez konieczności przeszczepu komórek macierzystych. Próbki chrząstki ludzkiej pobrane podczas operacji wymiany kolana wykazały wczesne oznaki regeneracji po ekspozycji na to samo leczenie.

Inne podejścia obejmują wszczepianie wyhodowanych w laboratorium chondrocytów pochodzących z indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych, wykorzystywanie rusztowań bioaktywnych zaszczepionych mezenchymalnymi komórkami macierzystymi oraz wykorzystywanie pęcherzyków zewnątrzkomórkowych zwanych egzosomami do dostarczania sygnałów przeciwzapalnych bezpośrednio do uszkodzonych stawów. Badane jest również trójwymiarowe biodrukowanie w celu wytwarzania konstrukcji chrząstki specyficznych dla pacjenta z precyzyjną warstwową architekturą, której wymaga naturalna chrząstka.

Żadna z tych terapii nie osiągnęła jeszcze powszechnego zastosowania klinicznego, ale tempo odkryć przyspiesza. Dla setek milionów ludzi, których stawy po cichu się zużywają, pytanie, dlaczego chrząstka nie może się sama wyleczyć, może wkrótce doczekać się bardziej optymistycznej kontynuacji: jak nauka nauczyła się ją do tego nakłonić.