Ученые обнаружили удивительный белок, который залечивает стойкие раны

SerpinB3 известен как ключевой белок, который помогает выявить, когда барьерные ткани организма, такие как кожа и легкие, испытывают сильную нагрузку из-за рака или длительной болезни. Обычно это рассматривается как признак того, что эти защитные поверхности находятся в беде.

Недавняя работа ученых из Университета штата Аризона добавляет неожиданный поворот. Их исследования показывают, что SerpinB3, долгое время считавшийся главным образом маркером заболевания, также играет естественную роль, помогая организму восстанавливаться, способствуя заживлению ран.

Хронические раны, высокие затраты

Кожные раны остаются серьезной медицинской проблемой. Ежегодно в США возникает около 6 миллионов ран, многие из которых заживают медленно или с трудом поддаются лечению. Эти трудноизлечимые травмы часто связаны с диабетом, ожогами, инфекциями или пожилым возрастом, и считается, что вместе они обходятся примерно в 20 миллиардов долларов в год.

В новом исследовании соавторы Джордан Ярон, Каушал Реге и их коллеги из Центра биодизайна инноваций и перевода биоматериалов обнаружили, что SerpinB3 является одним из собственных средств заживления ран организма. Их результаты показывают, что белок помогает поврежденной коже восстановиться после травмы.

Эта работа открывает двери для новых медицинских стратегий. Повышение активности SerpinB3 однажды может ускорить заживление ран, а ограничение его активности может стать способом замедления или контроля агрессивного рака. Исследование может также пролить свет на то, как SerpinB3 способствует воспалительным заболеваниям, начиная от кожных заболеваний и заканчивая астмой.

О результатах сообщается в Трудах Национальной академии наук.

Связь биоматериалов, серпинов и восстановления тканей

Это исследование стало результатом пересечения двух основных усилий лаборатории команды: более широкого исследования биоактивных материалов, способствующих заживлению ран, и их опыта в семействе белков, известных как серпины (сокращение от ингибиторов сериновой протеазы). Серпины помогают регулировать многие процессы в организме, включая свертывание крови и иммунные реакции, а некоторые представители этого семейства, по-видимому, помогают поддерживать баланс между разрушением и восстановлением тканей.

«Когда мы глубже изучили, как наши биоактивные наноматериалы помогают восстановлению тканей, SerpinB3, белок, первоначально причастный к раку, стал для нас ключевым фактором, который коррелирует с заживлением ран, вызванным наноматериалами», — сказал Реге. «Это путешествие, которое началось с исследования биоматериалов для восстановления тканей, вдохновленного использованием, и заканчивалось раскрытием фундаментальной роли этого белка как механизма реакции кожи на повреждения, было поистине захватывающим. Сейчас мы опираемся на это фундаментальное открытие и исследуем роль SerpinB3 в других патологических состояниях».

Реге — профессор химического машиностроения и директор Центра биодизайна инноваций и внедрения биоматериалов. Ярон работает доцентом кафедры химического машиностроения, а также преподает в центре. Оба исследователя занимают научные должности в Школе инженерии материи, транспорта и энергетики АГУ.

Белок с двойной жизнью: рак и исцеление

Многие серпины связаны с заболеваниями, когда их уровень в организме выходит из равновесия, способствуя воспалению, фиброзу и раку. SerpinB3, один из членов этого семейства, широко используется в диагностике рака как маркер особо агрессивных форм заболевания.

SerpinB3, также известный как антиген-1 плоскоклеточного рака, был впервые идентифицирован в тканях рака шейки матки в 1977 году. С тех пор он регулярно используется в качестве биомаркера агрессивного рака легких, печени и кожи, где высокие концентрации часто сигнализируют о худшем прогнозе.

«На протяжении более четырех десятилетий SerpinB3 считался движущей силой роста и метастазирования рака — настолько, что он стал клиническим диагностическим средством. Однако по прошествии всего этого времени его нормальная роль в организме оставалась загадкой», — сказал Ярон. «Но когда мы посмотрели на поврежденную, заживающую кожу, мы обнаружили, что клетки, перемещающиеся в ложе раны, производят огромное количество этого белка. Стало ясно, что это часть механизма, который люди развили для заживления эпителиальных повреждений, процесса, который раковые клетки научились использовать для распространения. Теперь это открывает двери для понимания того, как этот белок участвует во многих других заболеваниях».

Как SerpinB3 ускоряет восстановление кожи

Наблюдая за тем, какие гены становятся активными в процессе заживления, исследователи обнаружили, что уровень SerpinB3 резко повышается в поврежденной коже. Это увеличение было еще больше в ранах, покрытых современными повязками из биоматериалов, что подтверждает более раннюю работу группы, которая показала, как эти материалы могут усиливать собственные сигналы восстановления организма.

В лабораторных экспериментах введение дополнительного количества SerpinB3 заставляло клетки кожи двигаться быстрее и быстрее закрывать раны. Он оказался примерно таким же эффективным, как эпидермальный фактор роста, известная молекула, способствующая заживлению. SerpinB3 действует, стимулируя кератиноциты — клетки кожи, которые обычно мигрируют для восстановления повреждений. При активации эти клетки становятся менее прочно прикрепленными к окружающей среде и более способны двигаться, что позволяет им скользить в область раны и восстанавливать ткани.

Белок также поддерживает более широкие сети восстановления организма, помогая координировать заживление и рост новых тканей. Раны, обработанные таким образом, показали, что волокна коллагена стали более упорядоченными и лучше организованными, создавая более прочную опорную структуру, которая помогает коже восстановить свою силу и целостность.

Будущие методы лечения ран и рака

Ученые подчеркивают, что необходимы дополнительные исследования, чтобы понять, как SerpinB3 вписывается в общие системы исцеления организма. Поскольку SerpinB3 ускоряет заживление, в конечном итоге его можно будет использовать для лечения хронических, трудно заживающих ран, таких как пролежни и другие язвы, которые со временем закрываются очень медленно.

Раскрывая двойную роль SerpinB3 как в раке, так и в восстановлении тканей, исследование предполагает, что изучение собственных механизмов заживления организма может привести к улучшению лечения стойких ран и новым подходам к борьбе с раком.