Гетеротопическая оссификация как побочный эффект применения рекомбинантных человеческих костных морфогенетических белков

Гетеротипическая оссификация (ГО), также известная как оссифицирующий миозит, параостеоартопатия и гетеротопическая кальцификация – это образование эктопической пластинчатой кости в мягких тканях [1]. Если говорить о приобретённой ГО, то данный патологический процесс является осложнением травм центральной нервной системы (ЦНС), повреждений мягких тканей при ожогах, травмах или хирургических вмешательствах [1]. Знания о молекулярных механизмах, которые приводят к образованию ГО, и клетках-предшественниках, участвующих в этом процессе, все еще ограничены. Различные популяции клеток-предшественников могут быть возможными предвестниками развития ГО. Исследования in vivo показывают, что клетки-предшественники могут варьировать в зависимости от подтипа ГО. Данные исследования демонстрируют, что эндотелиальные клетки (ЭК), мезенхимальные стволовые клетки (МСК) и перициты, присутствующие в поперечно-полосатой мускулатуре, сухожилиях и соединительной ткани, или даже циркулирующие стволовые клетки / клетки-предшественники могут быть источником развития ГО [1, 2]. Также известно, что травма, которая приводит к местной воспалительной реакции, активирует определённые сигнальные пути, участвующие непосредственно в развитии ГО. К тому же, недавние исследования in vitro и in vivo доказали роль клеток иммунной системы, особенно моноцитов / макрофагов, на ранних стадиях развития ГО [2, 3]. В частности, эти исследования подтверждают важность моноцитов / макрофагов в индукции нейрогенных и генетических форм ГО. Ак- тивированные моноциты / макрофаги экспрессируют остеоиндуктивные сигнальные факторы в ходе ГО (рис. 1). Таким образом, присутствие клеток отражает повышенную секрецию факторов роста, цитокинов / хемокинов, стимулирующих ГО, таких как интерлейкины (IL-6 и IL-10), трансформирующий фактор роста бета-1 (TGF-β1), нейротрофин 3 (NT3) и костные морфогенетические белки (BMPs) (BMP-2, 4 и 7) [4, 5].

Одним из наиболее мощных остеоиндуктивных факторов роста являются многофункциональные цитокины, принадлежащие к суперсемейству TGF- β , а именно BMPs. BMPs оказывают значительное остео-индуктивное воздействие на различные стадии процесса заживления костей после травм, такие как воспалительная реакция, ангиогенез, образование мягкой и твердой мозоли и ремоделирование кости [6]. Как было показано в доклинических и клинических исследованиях, применение рекомбинантных человеческих костных морфогенетических белков (rhBMPs) обеспечивает образование кости de novo, ускоряет время восстановления костной ткани после травм и предотвращает несращение или отсроченное сращение [7]. Например, одно из обоснований их использования при открытых переломах основано на концепции, согласно которой ускорение регенерации костной ткани и предотвращение несращений снизят частоту осложнений и уменьшат потребность в повторных хирургических вмешательствах [8]. Помимо того, что BMPs обладают остеоиндуктивными свойствами, существуют научные исследования с доказательством того, что BMPs могут стимулировать ангиогенез [7].

Рис. 1. Схематическое изображение стадии процесса гетеротопической оссификации (ГО). Формирование эктопической кости можно разделить на три стадии: 1) под воздействием различных стимулов или факторов происходит скопление большого количества периваскулярных лимфоцитов за счет преодоления сосудистого барьера и их миграции в раннюю область ГО в пределах поперечнополосатой мускулатуры, что сопровождается разрушением соединительнотканной структуры; 2) пролиферация клеток соединительной ткани с разрушением поперечнополосатой мускулатуры с высвобождением воспалительных медиаторов, которые, в свою очередь, стимулируют фиброплазию и ангиогенез; 3) прослеживается синтез ряда факторов роста, индуцирующих остеогенез, которые вызывают образование и дифференцировку мезенхимальных стволовых клеток (МСК) в хондроциты и остеобласты в локальном воспалительном микроокружении. Результатом этих процессов дифференциации является образование эктопической кости в области повреждения ткани (авторский рисунок)

Однако, несмотря на значительные положительные эффекты rhBMPs, их широкое использование в практической медицине ограничено из-за ряда недостатков: быстрая деградация, высокая стоимость производства, необходимость применения в высоких дозах, остеолиз и ГО. В данной работе мы продемонстрируем слу- чаи ГО после использования rhBMPs как в клинических, так и в доклинических исследованиях. В дополнение к этому мы попытаемся объяснить связь между сигнальными путями BMPs и процессом ГО, а также возможности предотвращения возникновения ГО после применения rhBMPs.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Мы провели всесторонний поиск оригинальных работ, обзоров литературы, клинических случаев и метаанализов, демонстрирующих причинно-следственную связь между применением rhBMPs в терапевтических целях и ГО как осложнением. Базы данных, включая PubMed, Embase, базу данных Кокрановской библиотеки (Cochrane Database) и Google Scholar, были использованы для получения всех соответствующих исследований в период август-сентябрь 2021 года. Ключевые слова, включая «костные морфогенетические белки» или «рекомбинантные костные морфогенетические белки», или «факторы роста», или «семейство TGF-β», «гетеротопическая оссификация» или «эктопическая кость», или «оссифицирующий миозит», или «патоморфология», или «осложнения» и «клинические исследования», или «доклинические исследования», или «терапия и профилактика», или «молекулярный механизм», или «побочный эффект». Кроме того, выполнялся поиск в списке литературы каждого соответствующего исследования для выявления других актуальных работ. Блок-схема систематического обзора представлена на рисунке 2.

Рис. 2. Блок-схема систематического обзора

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

1.    BMPs и ГО

Местный воспалительный процесс приводит к миграции, размножению и дифференцировке множества типов клеток, включая клетки-предшественники [2]. Однако молекулярный механизм, лежащий в основе процесса различных форм ГО, до сих пор полностью не изучен. Считается, что популяция клеток-предшественников, индуктивные факторы роста и благоприятная среда могут способствовать ГО. Хорошо известно, что дифференцировке клеток-предшественников по хондрогенному пути и эндохондральному окостенению способствуют различные факторы, включая передачу сигналов BMPs и факторы транскрипции [8].

Согласно теории Kan и др., вероятно, существует один консервативный механизм, участвующий одновременно во многих типах ГО [9]. Более того, недавние данные предполагают вероятность центральной роли BMPs в патогенезе ГО, наряду с другими факторами роста и факторами транскрипции, участвующими в перекрестном взаимодействии между нижестоящими сигнальными путями BMPs [10].

BMPs является членом суперсемейства TGF-β, которые необходимы для эмбрионального развития и поддержания тканевого гомеостаза. BMP-индуцированное костеобразование происходит не только в нормальных условиях, но и при патоло- гических процессах. Повышенная передача сигналов BMPs, вызванная дефектом ауторегулирующей петли, уже была подтверждена в лимфоцитах пациентов с ГО [11]. Более того, высокие уровни BMP-2 и BMP-7 наблюдались в сыворотке крови пациентов после травм ЦНС [12, 13]. Также экспрессия BMP-2, 4, 7 и 9 была значительно увеличена в животных моделях ГО, вызванной повреждением спинного мозга [14]. BMP-2, 4, 7 и 9 следует рассматривать как одних из основных кандидатов BMPs в патофизиологии ГО. Лиганды BMPs передают сигнал через тетрамерный комплекс рецепторов типа I и типа II. Было идентифицировано семь рецепторов типа I (Активин-рецеп-тор-подобная киназа 1-7 (ALK1-7)), среди которых BMPs преимущественно связывается с ALK 1, 2, 3 и 6. Как только лиганды связываются с рецепторами костного морфогенетического белка типа II (рецептор активина А типа II (ACVR2A или Act 2A) и рецептор активина 2B типа II (ACVR2B или Act 2B)), они трансфосфорилируют друг друга с активацией киназы рецепторов типа I, где в последующем активированные киназы рецепторов I типа фосфорилируют R-Smads (Smad 1, Smad 5 и Smad 8), чтобы вызвать образование комплекса со Smad 4. Впоследствии комплекс перемещается в ядро клетки, где активирует экспрессию целевого гена (рис. 3) [6, 15]. Таким образом, широко признано, что нарушение регуляции передачи сигналов BMPs ведет к ГО.

2.    Дозирование и носители

Было высказано предположение, что высокие дозы вводимых rhBMPs могут привести к формированию эктопической кости [16–18]. Во всех проведенных клинических испытаниях диапазон дозирования rhBMP сильно варьирует. Считается, что ГО может быть вызвана супра-физиологическими дозами rhBMPs, которые должны использоваться у людей для эффективного лечения, чтобы преодолеть короткий период полувыведения BMPs и быстрый их клиренс in vivo (~ 6–7 мин.) [19]. Например, Boraiah и др. сообщили о высоком риске образования ГО при лечении сложных переломов большеберцовой кости с использованием высоких доз rhBMP-2 [20]. Клинические дозы rhBMP-2 обычно могут варьировать от 0,1 до 0,5 мг/кг массы тела, хотя также сообщалось о применении таких высоких доз как 1 мг/кг массы тела [21]. Представленные в таблице 1 дозы применения rhBMPs в клинических исследованиях в основном составляли от 1,4 до 12 мг [16–18, 22–28]. Результаты некоторых из этих работ представляют доказательства того, что положительный результат может быть достигнут при использовании низких доз rhBMPs, и предполагают, что этим обусловлен более низкий показатель частоты осложнений ГО. Однако ограничения существующих исследований значительны и не позволяют сделать однозначных выводов о дозозависимых осложнениях в виде формирования эктопической кости при использовании rhBMPs.

Рис. 3. Регуляция сигнального пути BMP / TGF- β / Smad при гетеротопической оссификации. Сигнальный путь BMP / TGF- β инициируется тетрамерным комплексом рецепторов типа I и типа II. Как только лиганды связываются с рецепторами типа II, они трансфос-форилируют друг друга и активируют киназы рецепторов типа I с последующим фосфорилированием комплекса R-Smads (Smad 1, Smad 2, Smad 3, Smad 5 и Smad 8) со Smad 4. Комплексы перемещаются в ядро, где они привлекают факторы транскрипции для регулирования экспрессии генов-мишеней. Путь передачи сигналов BMPs участвует в общем развитии гетеротопической оссификации, включая воспаление и гипоксию. BMPs, костные морфогенетические белки; TGF- β , трансформирующий фактор роста- β ; ALK, ак-тивин-рецептор-подобная киназа; Sox, SRY-бокс транскрипционный фактор; BMPR I, рецептор костного морфогенетического белка типа I; BMPR II, рецептор костного морфогенетического белка типа II; Runx 2, cвязанный с Runt фактор транскрипции 2; Osx, осте-рикс; Act, актин (авторский рисунок)

Таблица 1

Применение рекомбинантных костных морфогенетических белков (rhBMPs) в клинической практике с последующим развитием гетеротопической оссификации (по данным литературы)

rhBMPs	Процедура	Дизайн исследования	Количество пациентов, n	Дозировка, мг	Носитель	Успешность процедуры, n (%)	Гетеротопическая оссификация, n (%)	№ источника
rhBMP-2	PLIF	Рандомизированное проспективное многоцентровое исследование	34	4–8	Абсорбируемая коллагеновая губка	31 (92)	26 (75)	16
rhBMP-2	TLIF и PLIF	Проспективное обсервационное исследование	23	4.2	Абсорбируемая коллагеновая губка	23 (100)	5 (21)	22
rhBMP-2	PLIF	Проспективное обсервационное исследование	17	12	Абсорбируемая коллагеновая губка	17 (100)	1 (6)	23
rhBMP-2	PLIF	Проспективное обсервационное исследование	30	1,4	Абсорбируемая коллагеновая губка	29 (97)	2 (7)	24
rhBMP-2	TLIF	Ретроспективное когортное исследование	933	1,0	INFUSE (Medtronic)	863 (92,5)	125 (13,5)	25
rhBMP-2	Лечение дефекта вертлужной впадины при ревизионном эндопротезировании тазобедренного сустава	Клинический случай	1	2,8	–	1 (100)	1 (100)	17
rhBMP-2	Остеонекроз головки бедренной кости	Ретроспективное когортное исследование	46	4	–	38 (83,3)	8 (17,3)	18
rhBMP-7	Лечение несращений длинных трубчатых костей	Ретроспективное когортное исследование	84	3,3	Бычий коллаген I типа	68 (80,9)	15 (17,8)	26
rhBMP-2 и rhBMP-7	Лечение острых переломов и отсроченного сращения	Серия клинических случаев	4	По протоколу продукта	Infuse и OP-1	4 (100)	4 (100)	27
rhBMP-7	Лечение несращения дистального отдела плечевой кости	Клинический случай	1	3,5	OP-1	1 (100 %)	1 (100 %)	28

Аббревиатуры : PLIF – задний поясничный межтеловой спондилодез; TLIF – трансфораминальный поясничный межтеловой спондилодез; rhBMP – рекомбинантный человеческий костный морфогенетический белок; OP-1 – остеогенный белок-11.

Текущий стандартный носитель – абсорбируемая коллагеновая губка, которая доставляет rhBMPs посредством физической абсорбции белка на материале имплантата. Тем не менее, это ограничено “взрывным” высвобождением и просачиванием белков за пределы предполагаемого места имплантации [29]. Поэтому данные супрафизиологические дозы rhBMPs обусловили возникновение осложнений в виде ГО, упомянутых ранее [22–24]. Недавно было показано, что новые носители на основе полиэлектролитных комплексов (PECs), включающих гепарин на поверхности альгинатных микрогранул, изготовленных с использованием принципа послойной самосборки полиэлектролита, доставляют rhBMP-2 контролируемым образом и значительно снижают выброс белка [30]. Например, в своей работе Wang и др. продемонстрировали, что по-лиэлектролитный комплекс на основе гепарина в качестве материала-носителя для rhBMP-2 продемонстрировал способность минимизировать образование ГО за счет снижения эффективной дозы в животной модели спондилодеза [31]. Результаты этого исследования показывают, что альгинатные микрогранулы, функционализированные гепарином, могут представить новую возможность для поиска эффективного носителя rhBMP-2 с меньшими осложнениями и стоимостью. С молекулярной точки зрения известно, что несколько эндогенных факторов роста, включая BMPs, существуют в компартменте внеклеточного матрикса посредством секвестрации (или прочного нековалентного закрепления) отрицательно заряженных высокосульфатирован-ных гепариноподобных гликозаминогликанов. Таким образом сохраняется биологическая активность BMPs. Следуя этой модели хранения и регуляции, многие исследования in vitro и in vivo продемонстрировали, что ключевые молекулы гликозаминогликанов, такие как гепарин и гепарансульфат, могут использоваться для модуляции биологической активности различных экзогенных факторов роста, включая BMPs [32, 33].

Тем самым, минимально инвазивные методы нанесения rhBMPs, низкие их концентрации и использование современных носителей для BMPs могут снизить риск образования эктопической кости.

3.    Клинические исследования

RhBMP-7 и rhBMP-2, также известные по торговым маркам как остеогенный белок-1 (OP-1) и INFUSE, одобрены Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) и нашли своё применение в клинической практике. Одним из побочных эффектов, связанных с использованием rhBMP-2 и rhBMP-7, является образование эктопической кости [34]. Оче- видно, что множество неостеобластных клеток подвергается остеогенному программированию при воздействии BMPs, включая миобласты, адипоциты и фибробласты. По оценкам, образование эктопической кости в клинических исследованиях происходит почти в шесть раз чаще, чем у контрольной группы (группа с применением аллотрансплантантов без использования rhBMPs). Оценка c помощью компьютерной томографии показала образование эктопической кости у 70,1 % пациентов, которым вводили rhBMP-2, по сравнению с 12,9 % пациентов, которым не вводили rhBMP-2 [35]. Например, при операциях на позвоночнике распространение rhBMPs за пределы имплантатов может происходить в эпидуральное пространство и приводить к формированию в мягких тканях эктопической кости с последующей компрессией корешков периферических нервов. При этом частота послеоперационного радикулита может составлять 14,0 % по сравнению с 3,0 % в контрольных группах [35]. Кроме того, производители rhBMP-2 и rhBMP-7 рекомендует соблюдать некоторые меры предосторожности при манипуляциях с продуктом rhBMP / абсорбируемая коллагеновая губка, чтобы минимизировать экстравазацию BMPs. Согласно инструкциям коммерческих продуктов кампании Medtronic по rhBMP-2 и rhBMP-7, крайне важно избегать «использования орошения или аспирации рядом с имплантатом» и «чрезмерного сдавливания смоченной губки» [34]. В таблице 1 приведены клинические исследования по использованию rhBMP-2 и rhBMP-7 при ортопедических операциях, осложнившихся ГО [16– 18, 22–28].

4.    Стандартные методы профилактики и лечения ГО

Лечение ГО можно разделить на действия, направленные преимущественно на профилактику заболевания, и действия, направленные на ликвидацию уже сформировавшейся ГО. В случае профилактики обычно используют фармакологическое лечение и лучевую терапию. В фармакологической профилактике наиболее часто используются ингибиторы циклооксигеназы-2 (Cox2) и нестероидные противовоспалительные препараты (НПВП), обе группы препаратов воздействуют на провоспалительные простагландины [36]. Традиционные НПВП, такие как аспирин, ибупрофен и индометацин, подавляют образование как физиологических, так и воспалительных простагландинов. Ингибиторы Cox2 в первую очередь подавляют воспалительные простагландины и оставляют физиологические простагландины относительно нетронутыми [36]. Предполагается, что воспалительные простагландины являются мощными регуляторами, наряду с BMPs, формирования оссификатов [2]. Ингибиторы Cox2 и НПВП, помимо воздействия на воспалительные простагландины, могут подавлять миграцию и пролиферацию индуцибельных МСК [37]. На животной модели ГО, индуцированной BMP-деминерализованным костным матриксом, ингибиторы Cox2 и НПВП эффективно ослабляли эктопическое образование кости, ингибируя синтез воспалительных простагландинов [38]. Однако ингибиторы Cox2 и НПВП продемонстрировали минимальный эффект остановки или задержки роста эктопической кости. Большинство специалистов согласны с тем, что индометацин – лучший выбор среди НПВП не только для предотвращения ГО, но и для замедления процесса развития ГО [39]. Однако использование НПВП было ограничено из-за побочных явлений, таких как язвенная болезнь, снижение агрегации тромбоцитов и почечная недостаточность. Длительный прием НПВП увеличивает риск развития сердечнососудистых заболеваний, а также замедляет заживление переломов [40]. Ранее профилактика ГО с применением ингибиторов Cox2 и НПВП широко применялась после тотального эндопротезирования и артроскопии тазобедренного сустава, черепно-мозговых травм, травм спинного мозга и т.д. [36].

Бисфосфонаты подавляют ремоделирование костей и оказывают свое основное действие, сокращая продолжительность жизни остеокластов. Бисфосфонаты используются для лечения многочисленных заболеваний костей, при которых разрушение (резорбция) костей превышает их образование, таких как остеопороз, несовершенный остеогенез и онкология. Была доказана эффективность применения этидроната натрия в лечении ГО после травм спинного мозга. Этидронат натрия подавляет минерализацию остеоидов, связывается с фосфатом кальция и предотвращает кристаллизацию гидроксиапатита [41].

Лучевая терапия (рентгенотерапия) является еще одним эффективным методом профилактики ГО. Считается, что лучевая терапия предотвращает образование и/или прогрессирование ГО путем ингибирования дифференцировки МСК или остеопрогениторных клеток [42]. В частности, исследования in vitro продемонстрировали, что лучевая терапия подавляет передачу сигналов BMP-2, снижает пролиферацию и дифференцировку остеобластов и способствует их апоптозу [43]. В первоначальном доклиническом исследовании взрослым крысам с имплантированным деминерализованным костным матриксом проводили облучение в периоде 2, 4, 6, 8, 10 и 12 дней после имплантации [44]. Было выявлено, что у крыс формировалась эктопическая кость через 11 дней после имплантации. При этом было отмечено, что крысы, подвергшиеся облучению через 2 и 4 дня после имплантации, имели снижение объема ГО на ~ 60 и 24 % соответственно. Однако, когда облучение было отложено до 8 дней после имплантации, авторы не наблюдали разницы в объеме ГО между облученными крысами и контрольной группой. В нескольких исследованиях сообщалось о положительных эффектах лучевой терапии для профилактики ГО после ЧМТ и травм спинного мозга. Например, в одном из клинических исследований фазы I/II у 33 пациентов с ГО после травмы спинного мозга, прошедших лучевую терапию, не наблюдалось дальнейшего роста эктопической кости, однако у трех пациентов подвижность суставов была незначительно нарушена [45]. При этом возможный побочный эффект, который клиницисты должны учитывать – это канцерогенез. Однако на сегодняшний день нет задокументированных случаев радиационно-индуцированных опухолей после лучевой терапии для профилактики ГО. Считается, что отсутствие опухолей связано с низкой дозировкой радиации.

Еще одно серьезное осложнение лучевой терапии – это замедление регенерации костной ткани, а именно, не-сращение переломов. Согласно отчету исследования Morcos и др., нарушение восстановления переломов костей можно увидеть в 12–30 % случаев после лучевой терапии [46].

В настоящее время хирургическая резекция является единственным эффективным методом лечения ГО. Однако рекомендуется рассматривать операцию только в том случае, если пациенты с ГО соответствуют следующим критериям: (1) значительное уменьшение диапазона движений из-за анкилоза суставов; (2) отсутствие острого воспалительного ответа; (3) наличие зрелого гетеротопического оссификата (достаточно минерализован), чтобы его можно было удалить [47, 48]. Тем не менее, при выборе срока хирургического вмешательства следует учитывать и несколько других факторов. Предыдущие исследования показали, что для снижения риска рецидива хирургическое удаление предпочтительнее после полной минерализации эктопической кости [49]. Однако за последнее десятилетие в ведении больных с ГО произошел сдвиг в сторону более ранней резекции эктопической кости, то есть хирургическое вмешательство проводится, как только пациент становится достаточно стабильным, и поражение достаточно минерализовано, чтобы сделать возможным резекцию [50]. Кроме того, недавние результаты клинических исследований свидетельствуют о том, что раннее иссечение эктопической кости может снизить риск операционных осложнений (например, периоперационный перелом) или уменьшить негативные изменения со стороны нервно-мышечного аппарата (например, атрофию мышц) [50]. Однако резекция эктопической кости связана с рядом осложнений. Например, полное удаление околосуставного оссификата является особенно проблематичным, поскольку пациенты часто остаются со стойким уменьшением диапазона движений. Как и любые другие инвазивные процедуры, резекция эктопической кости связана с потенциальной кровопотерей во время хирургического вмешательства и возможными инфекционными осложнениями в постоперационном периоде. Более того, хирургическое удаление может повредить прилегающие периферические ткани [51]. Таким образом, хирургическое вмешательство не является оптимальной терапией ГО и должно быть тщательно продумано.

5.    Новые потенциальные методы профилактики и лечения ГО

В настоящее время в разработке наиболее эффективных препаратов по профилактике и лечению ГО проводятся исследования по изучению экспрессии сигнальных молекул BMP-Smad [2]. Препараты, нацеленные на решение данной проблемы, включают, среди прочего, агонисты рецепторов ретиноевой кислоты (RAR), антагонисты BMPs и вещества, влияющие на фосфорилирование Smad. Кроме того, изучается профилактический эффект антиоксидантов и акцепторов (поглотителей) свободных радикалов.

RAR, представленный в трех формах (RARα, RARβ и RARγ), является мощным ингибитором хондрогенеза. Стимуляция этого рецептора достигается за счет использования его агонистов: неселективной активной формы витамина А и селективного агониста RARγ, блокирующих хондрогенез in vitro [52]. Однако блокирование RARα и RARβ не влияет на процесс хондрогенеза. Агонист RARγ паловаротен показал свою эффективность в предотвращении начальных стадий ГО in vitro и in vivo [53]. Паловаротен значительно замедляет процесс ГО, ингибируя рост и дифференцировку клеток остеопрогениторов в хондроциты [53]. Кроме того, было обнаружено, что терапия паловаротином подавляет экспрессию SRY-бокс транскрипционного фактора 9 (Sox-9) и коллагена 2α1 у хондроцитов и экспрессию остеокальцина, остеопоэтина, BMP-2, BMP-4, POU класса 5 гомебокса 1 (POU5FL) и связанного с Runt фактора транскрипции 2 (RUNX2) у остеобластов. Также было доказано, что введение агонистов RARγ приводит к снижению передачи сигналов BMPs за счет снижения фосфорилирования Smad 1, Smad 5, Smad 8 и, возможно, с их деструкцией в протеасомах. Этот эффект может сохраняться и навсегда ингибировать дифференцировку МСК в клетки с остеогенным потенциалом [54, 55].

Другая стратегия, направленная на путь BMP-Smad, которая может быть полезной для профилактики ГО – это снижение уровня фосфора, доступного в форме аденозинтрифосфата (АТФ) или аденозиндифосфата (АДФ). Как было уже сказано, фосфорилирование Smad 1, Smad 5 и Smad 8 приводит к ингибированию дифференцировки МСК в клетки с остеогенным потенциалом [55]. Результаты исследований in vitro и in vivo на моделях ГО, где ГО была результатом ожога, показывают, что местное применение апиразы, гидролизующей АТФ и АДФ, снижает вероятность формирования эктопической кости. Более того, в группе, где использовалась апираза, не наблюдалось остеопении [56]. Кроме того, антагонисты рецептора BMPs представляют собой группу веществ, которые обладают потенциалом ингибирования образования ГО. Например, LDN-193189 (мощный ингибитор сигнальных путей BMPs, ингибирующий ALK 1, 2, 3 и 6) ингибирует экспрессию BMP-1 и эффективно снижает дифференцировку МСК в остеобласты на мышиной модели ГО [57].

Другой антагонист BMPS, Noggin (NOG), также может быть рассмотрен в качестве профилактики ГО. В одном из исследований была продемонстрирована доставка NOG в клетку с использованием вирусного вектора, где NOG эффективно подавлял экспрессию BMP-4 и, тем самым, процесс ГО [58]. Однако из-за потенциальных побочных эффектов разработанные ингибиторы BMPs до сих пор не имеют достаточного безопасного профиля действия для использования в клинических испытаниях на людях.

Недавние исследования связывают образование эктопической кости не только с воспалением, но и с ангиогенными факторами, высвобождающимися во время гипоксии тканей. Доказано, что фармакологическое ингибирование фактора, индуцируемого гипоксией 1-альфа (HIF-1 α ) в клетках, взятых у людей с прогрессирующей оссифицирующей фибродисплази-ей, снижает передачу сигналов BMPs. Также в модели ГО in vivo с активным рецептором активина А типа I

(ACVR1) фармакологическое ингибирование HIF-1 α рование HIF-1 α с использованием PX-478 или рапами-ингибирует процесс ГО. Фармакологическое ингиби- цина также значительно замедлило процесс ГО [59, 60]

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

BMPs обладают многообещающим потенциалом в восстановлении дефектов кости после травм благодаря их превосходной остеидуктивной способности. Однако, как и в случаях с другими факторами роста, их доставка должна быть оптимизирована с точки зрения вводимой дозы и локализации в зоне дефекта для повышения эффективности и уменьшения побочных эффектов, связанных с плейотропным действием BMPs при их присутствии в системном кровотоке. Особое беспокойство вызывают результаты недавних клинических исследований, демонстрирующие формирование эктопической кости, связанное с применением rhBMP-2 и rhBMP-7 при ортопедических операциях. Согласно базе данных по безопасности коммерческих продуктов rhBMP-2 и rhBMP-7, частота нежелательных эффектов в виде ГО колеблется от 1 до 10 %. Тем не менее, на сегодняшний день клиническое применение rhBMP-2 и rhBMP-7 оправдано, особенно когда отсутствуют альтернативные заменители костного трансплантата. Несмотря на множество исследований, которые уже были выполнены за последние десятилетия, дальнейшее изучение BMPs позволит лучше оценить долгосрочные результаты, выявить новые альтернативные носители и изучить рентабельность применения rhBMP в клинической практике. Наконец, мы хотели бы подчеркнуть, что лучшее понимание процесса ГО поможет клиницистам в ее профилактике и лечении, в том числе после применения rhBMPs.