یک داروی موجود برای پوکی استخوان، وعده‌ای شگفت‌انگیز برای محافظت از ستون فقرات در برابر آسیب نشان داده است؛ امری که امیدها را برای درمان‌های جدید گردن‌درد و کمردرد مزمن تقویت می‌کند. در آزمایش‌هایی که روی ماهیان زبرا انجام شد، پژوهشگران دریافتند که این دارو از تشکیل رسوبات غیرطبیعی معدنی در ستون فقرات جلوگیری می‌کند؛ فرآیندی که می‌تواند باعث سخت شدن بافت‌های ستون فقرات و جوش خوردن مهره‌ها به یکدیگر شود.
این کشف می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا با یکی از علل زمینه‌ای کمردرد مقابله کنند: تخریب تدریجی دیسک‌هایی که ضربه‌گیر استخوان‌های ستون فقرات هستند. پژوهشگران همچنین تغییراتی در فعالیت ژنی و متابولیسم شناسایی کردند که به نظر می‌رسد در ایجاد این آسیب نقش دارند و چندین هدف بالقوه برای درمان‌های آینده را آشکار می‌سازند.
اگرچه این یافته‌ها هنوز در انسان تایید نشده‌اند، اما پیشنهاد می‌کنند که داروهایی که هم‌اکنون برای سایر بیماری‌ها استفاده می‌شوند، ممکن است راه‌های جدیدی برای کند کردن تخریب ستون فقرات ارائه دهند. این پژوهش همچنین نشان می‌دهد که چگونه ماهیان زبرا می‌توانند به دانشمندان کمک کنند تا علل بیماری‌های ستون فقرات را بررسی و درمان‌های بالقوه را آزمایش نمایند.
چرا دیسک‌های بین‌مهره‌ای تجزیه می‌شوند؟
اکثر افراد در مقطعی از زندگی خود دچار کمردرد می‌شوند و یکی از علل شایع آن، تخریب ضربه‌گیرهای طبیعی ستون فقرات است. این ساختارها که دیسک‌های بین‌مهره‌ای نامیده می‌شوند، بین مهره‌ها قرار گرفته و به ستون فقرات کمک می‌کنند تا فشار را جذب، وزن را توزیع و راحت حرکت کند.
با گذشت زمان، دیسک‌ها توانایی خود را برای ضربه‌گیری از ستون فقرات از دست می‌دهند؛ وضعیتی که به عنوان تخریب دیسک بین‌مهره‌ای (IVDD) شناخته می‌شود. همان‌طور که دیسک‌ها تخریب می‌شوند، می‌توانند به درد، خشکی و کاهش تحرک منجر شوند.
علی‌رغم اثرات گسترده و بار اقتصادی سنگین این عارضه، در حال حاضر هیچ دارویی برای متوقف کردن یا معکوس کردن فرآیند تخریب وجود ندارد. جراحی همچنان تنها مداخله بلندمدت اثبات‌شده برای برخی موارد شدید است که نیاز فوری به درمان‌هایی را که به آسیب‌های زمینه‌ای می‌پردازند، ایجاد کرده است.
پژوهشگران مدت‌هاست می‌دانند که ژنتیک بر خطر ابتلا به تخریب دیسک ستون فقرات تأثیر می‌گذارد. یکی از ژن‌های مورد توجه خاص، مرتبط با کلاژن IX است؛ پروتئینی که با حمایت از شبکه فیبرهایی که دیسک‌های ستون فقرات را کنار هم نگه می‌دارند، به حفظ یکپارچگی ساختاری آن‌ها کمک می‌کند. تنوع‌هایی که بر این ژن تأثیر می‌گذارند، بارها با مشکلات دیسکی که در سنین پایین‌تر ظاهر می‌شوند، مرتبط دانسته شده‌اند.
برای بررسی اینکه این تغییرات ژنتیکی چگونه به آسیب ستون فقرات کمک می‌کنند، دانشمندان دانشگاه‌های ادینبورگ و بریستول به ماهیان زبرا روی آوردند. آن‌ها ماهی‌هایی را مطالعه کردند که بدون نسخه عملکردی این ژن پرورش یافته بودند؛ این کار به آن‌ها اجازه داد تا مشاهده کنند که فقدان این ژن چگونه بر ستون فقرات حیوانات با افزایش سن تأثیر می‌گذارد.
فرآیندی پنهان باعث سخت شدن ستون فقرات می‌شود
نتایج شباهت‌های چشمگیری بین ماهیان زبرای دستکاری‌شده ژنتیکی و افراد مبتلا به بیماری تخریبی ستون فقرات را آشکار کرد.
همان‌طور که ماهی‌ها پیر می‌شدند، رسوبات غیرطبیعی معدنی در بافت‌های جداکننده مهره‌های آن‌ها انباشته شد. این فرآیند که «معدنی شدن» نامیده می‌شود، شامل جمع‌آوری مواد معدنی در بافت‌هایی است که معمولاً نباید در آنجا باشند. در ستون فقرات، این انباشت می‌تواند باعث شود ساختارهای معمولاً انعطاف‌پذیر، به طور غیرعادی سفت شوند؛ درست مانند تشکیل ناخواسته استخوان در مکان اشتباه.
پژوهشگران همچنین جوش خوردن ستون فقرات را مشاهده کردند؛ وضعیتی که در آن مهره‌های مجاور به یکدیگر متصل می‌شوند. چنین تغییراتی می‌تواند انعطاف‌پذیری و حرکت طبیعی ستون فقرات را مختل کند.
مهم‌تر از همه، دانشمندان کشف کردند که آسیب بسیار قبل از ظهور رسوبات معدنی آغاز می‌شود. لایه زیربنایی که در طول رشد ستون فقرات حمایت ساختاری فراهم می‌کند، ابتدا شروع به تجزیه شد؛ این موضوع پیشنهاد می‌کند که تخریب این چارچوب محافظتی ممکن است زمینه را برای سخت شدن بعدی فراهم سازد.
این یافته می‌تواند به توضیح نحوه شروع واکنش زنجیره‌ای توسط تغییرات ژنتیکی کمک کند که در نهایت به آسیب ستون فقرات منجر می‌شود.
ارتباطات شگفت‌انگیز با متابولیسم چربی و ویتامین A
برای درک آنچه در سطح مولکولی رخ می‌داد، تیم الگوهای فعالیت ژنی را در ماهیان زبرا بررسی کرد. این کار به آن‌ها امکان داد تا فرآیندهای بیولوژیکی را شناسایی کنند که با توسعه تخریب ستون فقرات، به طور غیرعادی فعال یا مختل شده بودند.
چندین ارتباط غیرمنتظره ظاهر شد.
پژوهشگران تغییراتی در متابولیسم چربی یافتند؛ فرآیندهایی که بدن طی آن‌ها چربی‌ها را تجزیه، ذخیره و استفاده می‌کند. آن‌ها همچنین اختلالاتی را در سیستم سیگنالینگ سلولی به نام mTOR تشخیص دادند که به تنظیم رشد سلول، متابولیسم و پاسخ‌ها به مواد مغذی کمک می‌کند.
تغییرات اضافی شامل تنظیم فسفات و سیگنالینگ ویتامین A بود. فسفات یک ماده معدنی ضروری است که در ساخت استخوان‌ها و دندان‌ها نقش دارد، اما تجمع آن در بافت‌های نادرست می‌تواند به سخت شدن غیرطبیعی کمک کند. سیگنالینگ ویتامین A به کنترل نحوه رشد و عملکرد سلول‌ها کمک می‌کند.
در مجموع، این یافته‌ها نشان می‌دهند که تخریب دیسک بین‌مهره‌ای بیش از فرسایش تدریجی بافت‌ها را در بر می‌گیرد. تغییرات در نحوه پردازش مواد مغذی توسط سلول‌ها، تنظیم رشد و مدیریت مواد معدنی نیز ممکن است نقش‌های مهمی ایفا کنند.
داروی پوکی استخوان تجمع مواد معدنی ستون فقرات را مسدود می‌کند
یکی از امیدبخش‌ترین کشفیات زمانی صورت گرفت که پژوهشگران روش‌هایی را برای کاهش ناهنجاری‌های ستون فقرات آزمایش کردند.
دارویی متعلق به دسته‌ای از داروها به نام بیس‌فسفونات‌ها، با موفقیت از تجمع غیرطبیعی مواد معدنی در ماهیان زبرا جلوگیری کرد. بیس‌فسفونات‌ها هم‌اکنون برای درمان پوکی استخوان، وضعیتی که در آن استخوان‌ها ضعیف‌تر و مستعد شکستگی می‌شوند، استفاده می‌شوند. این داروها با کند کردن فرآیندهایی که بافت استخوانی را تجزیه می‌کنند، به محافظت از استخوان‌ها کمک می‌کنند.
این یافته به ویژه جذاب است زیرا پیشنهاد می‌کند که درمانی که هم‌اکنون در بیماران استفاده می‌شود، ممکن است به پژوهشگران کمک کند تا درمان‌هایی برای تخریب ستون فقرات توسعه دهند.
تیم پژوهشی رویکردهای دیگری را نیز شناسایی کرد که آسیب ستون فقرات را کاهش دادند. محدود کردن مقدار غذای مصرفی ماهیان زبرا منجر به جوش خوردن کمتر ستون فقرات شد؛ همان‌طور که داروهای سرکوب‌کننده متابولیسم چربی نیز همین اثر را داشتند.
این نتایج به متابولیسم چربی و تنظیم فسفات به عنوان اهداف بالقوه مهم برای داروهای آینده اشاره دارند.
با این حال، آزمایش‌ها روی ماهیان زبرا انجام شدند، نه انسان‌ها. تحقیقات بیشتری لازم است تا مشخص شود آیا همان مکانیسم‌های بیولوژیکی در انسان‌ها عمل می‌کنند و آیا هدف قرار دادن آن‌ها می‌تواند به طور ایمن از تخریب دیسک بین‌مهره‌ای پیشگیری کند یا آن را کند سازد. یافته‌های مربوط به رژیم غذایی نیز ثابت نمی‌کنند که محدود کردن مصرف غذا می‌تواند از آسیب ستون فقرات در انسان‌ها جلوگیری کند.
امید جدید برای درمان‌های کمردرد مزمن
این مطالعه در مجله Communications Biology منتشر شد و حمایت Arthritis UK و BBSRC را دریافت کرد.
دکتر اریکا کاگو (Erika Kague)، که این پژوهش را در موسسه ژنتیک و سرطان دانشگاه ادینبورگ هدایت کرد، بر اهمیت بالقوه شناسایی درمان‌هایی که به علل زمینه‌ای آسیب ستون فقرات می‌پردازند، تأکید نمود.
«برای دهه‌ها، جراحی تنها پاسخ واقعی برای بیماری دیسک بوده است. با درک زیست‌شناسی‌ای که ستون فقرات را به سمت سخت شدن سوق می‌دهد، مطالعات ما روی ماهیان زبرا چندین راه برای کند کردن این فرآیند را نشان می‌دهند، از جمله دارویی که هم‌اکنون به طور ایمن در بیماران استفاده می‌شود. کارهای بیشتری باید انجام شود، اما برای عارضه‌ای که نسل‌هاست مردم را تحت تأثیر قرار داده و درمانی در افق دیده نمی‌شود، این یافته فوق‌العاده هیجان‌انگیز است.»
این یافته‌ها ممکن است به ویژه برای میلیون‌ها نفری که با کمردرد مداوم زندگی می‌کنند و گزینه‌های محدودی برای جلوگیری از بدتر شدن وضعیت خود دارند، اهمیت داشته باشد.
دکتر کارولین ایلوت (Caroline Aylott)، رئیس تحویل پژوهش در Arthritis UK، بر مزایای بالقوه برای بیماران تأکید کرد.
«برای ۹.۵ میلیون نفر در سراسر انگلیس که با کمردرد زندگی می‌کنند، این پژوهش امید تازه‌ای می‌آورد که رویکردهای درمانی جدید بالقوه در افق قرار دارند.
«ما مفتخریم که پژوهشی را تأمین مالی می‌کنیم که علم پشت فرآیندهای منجر به تخریب دیسک بین‌مهره‌ای را رمزگشایی می‌کند. کمردرد یکی از شایع‌ترین عوارض در انگلیس است که نسل‌هاست میلیون‌ها نفر را آزار داده است. دکتر اریکا کاگو و تیم او در دانشگاه ادینبورگ شواهد ژنتیکی مهمی کشف کرده‌اند که می‌تواند راه را برای درمان‌های جدید هموار کند و ما را یک قدم به آینده‌ای نزدیک‌تر سازد که در آن تعداد کمتری از مردم مجبور به تحمل درد و چالش‌های روزانه ناشی از کمردرد باشند.»
این پژوهش همچنین ارزش گسترده‌تر مطالعه فرآیندهای پایه‌ای بیولوژیکی برای درک بیماری‌هایی را که بر تعداد زیادی از افراد تأثیر می‌گذارند، نشان می‌دهد.
دکتر جف گرینجر (Jef Grainger)، مدیر اجرایی پیشبرد دانش زیست‌شناسی در BBSRC، گفت:
«این پژوهش نشان می‌دهد که چگونه زیست‌شناسی اکتشافی با بودجه عمومی می‌تواند دانش مورد نیاز برای مقابله با چالش‌های بزرگ بهداشتی را تولید کند. با آشکار کردن دانش جدیدی درباره نحوه اختلال فرآیندهای سالم بیولوژیکی در تخریب دیسک بین‌مهره‌ای مرتبط با پیری، این مطالعه avenues (مسیرهای) امیدبخشی را برای توسعه درمان‌های آینده باز می‌کند. این نمونه عالی‌ای است از اینکه چگونه پژوهش‌های حمایت‌شده توسط BBSRC به تبدیل کشفیات علمی به دانش و نوآوری‌هایی کمک می‌کند که پتانسیل بهبود زندگی مردم را دارند.»
با شناسایی تغییرات ژنتیکی و متابولیکی که به سخت شدن ستون فقرات کمک می‌کنند و نشان دادن اینکه بخشی از این آسیب در ماهیان زبرا قابل پیشگیری است، پژوهشگران چندین مسیر جدید برای بررسی تخریب دیسک بین‌مهره‌ای گشوده‌اند.
برای عارضه‌ای که میلیون‌ها نفر را تحت تأثیر قرار می‌دهد و هیچ داروی تاییدشده‌ای قادر به متوقف کردن پیشرفت آن نیست، این یافته‌های اولیه نقطه شروع تشویق‌کننده‌ای برای توسعه درمان‌هایی ارائه می‌دهند که روزی ممکن است از ستون فقرات قبل از وقوع آسیب جدی محافظت کنند.