Диабет, являясь метаболическим эпидемическим заболеванием, затрагивающим сотни миллионов человек по всему миру, уже давно вышел за пределы простого нарушения углеводного обмена; в частности, сопутствующие костные осложнения стали предметом пристального клинического внимания. В условиях диабета пациенты нередко сталкиваются с повышенным риском переломов, замедленным заживлением и нарушением процессов костной регенерации — явлениями, обусловленными главным образом оксидативным стрессом и накоплением конечных продуктов гликации, вызванными гипергликемией, что приводит к состоянию низкой активности костного обмена и метаболической парализации. Современные методы терапии, направленные на подавление резорбции кости, оказываются недостаточно эффективными при лечении этой сложной метаболической патологии костей и не способны коренным образом обратить глубокое повреждение костных клеток, вызванное диабетом.

В последние годы глубокие исследования показали, что нарушение функциональной взаимосвязи между эндоплазматическим ретикулумом и митохондриями является ключевым механизмом патологических изменений костного метаболизма при диабете. Гипергликемическая среда активирует стресс эндоплазматического ретикулума и приводит к избыточному делению митохондрий; эти процессы взаимодействуют в рамках замкнутого цикла, который не только нарушает гомеостаз кальция, но и вызывает вспышку активных форм кислорода, в конечном итоге приводя к утрате функции остеобластов. Поэтому разработка методов точного корректирования аномальной межорганеллярной коммуникации в сложной микросреде диабета, разрывание взаимного цикла оксидативного стресса и клеточной дисфункции, а также создание малоинвазивной терапевтической платформы с высокой клинической применимостью стали ключевыми технологическими задачами, стоящими перед достижением интеграции имплантатов в кость и восстановления костной ткани при диабете.

В ответ на указанные выше проблемы команда, в состав которой вошли специалисты из Стоматологической больницы Хуаси Сычуаньского университета, Прикладной стоматологической больницы Куньминского медицинского университета, Девятой народной больницы при Медицинском колледже Шанхайского университета Цзяо‑Тун и Стоматологического факультета Гонконгского университета, провела систематическое исследование с использованием сканирующих электронных микроскопов серии ZEM компании «ZEPTOOLS». Команда разработала инъекционный фотосшитый гидрогель из шёлкового белка, загруженный Mdivi‑1, который, регулируя функциональную связь между эндоплазматическим ретикулумом и митохондриями, обеспечивает инновационную стратегию восстановления остеоинтеграции имплантатов при диабете.

Заголовок: Модуляция взаимодействия эндоплазматического ретикулума и митохондрий для восстановления остеоинтеграции имплантатов при диабете с использованием инъектируемой гидрогелевой платформы
Журнал: Журнал химической инженерии
Веб-сайт: https:// doi.org/10.1016/j.cej.2026.177208

Исследовательская группа, исходя из потребности в минимально инвазивном введении лекарственных средств во время клинических операций, успешно синтезировала и провела характеристику новой системы гидрогеля из шёлкового белка, подвергнутого фотосшитию и содержащего ингибитор Drp1. Эта система использует природный шёлковый белок в качестве матрицы; модификация глицидилметакрилатом придаёт ей способность к фотозатвердеванию, а также обеспечивает точную загрузку препарата Mdivi‑1 в концентрации 50 мкМ. При наблюдении с помощью полевоэлектронного микроскопа ZEM Ultra компании Zeyou Technology чётко выявляется, что данный гидрогель обладает однородной и взаимосвязанной трёхмерной пористой сетчатой структурой; при этом введение лекарственного препарата существенно уменьшает средний размер пор, делая сетку более плотной. Точное отображение такой микроструктуры служит ключевой основой для понимания механизмов контролируемого высвобождения лекарственных веществ и миграции клеток. Реологические испытания дополнительно подтвердили, что данный материал обладает исключительными свойствами сдвигового разжижения и способностью к самовосстановлению; он легко выдавливается через тонкую иглу и быстро восстанавливает свою форму в месте имплантации, что обеспечивает эффективную интеграцию физических характеристик и биологической функциональности.

На этапе внутриорганических экспериментов на животных исследователи использовали модель крыс с сахарным диабетом 2‑го типа, индуцированную стрептозотоцином, для систематической оценки влияния данного гидрогеля на остеоинтеграцию титановых спиральных имплантатов. Результаты эксперимента показали, что в течение восьминедельного периода наблюдения в нелеченой диабетической группе отмечались значительная потеря костной массы и разрежение структуры trabecular bone; при применении указанного композитного гидрогеля наблюдалось устойчивое восстановление доли объёма кости вокруг имплантата и числа trabeculae. Кросс‑валидация по данным количественной микрокомпьютерной томографии и гистологических срезов продемонстрировала, что эта система позволяет обеспечить коэффициент контакта костного имплантата в условиях диабета, значительно превышающий клинический порог успешности — 50%, тем самым эффективно устраняя нарушения заживления кости, обусловленные метаболическими расстройствами.

Исследование на клеточно‑биологическом уровне дополнительно раскрыло микроскопические механизмы действия препарата, уделив особое внимание его регуляторному влиянию на динамическое равновесие митохондрий предшественников остеобластов у мышей. При гипергликемическом стрессе в остеобластах наблюдается избыточная экспрессия белка Drp1, что приводит к патологической фрагментации и делению митохондрий, сопровождающейся снижением мембранного потенциала и резким увеличением продукции активных форм кислорода. Молекула Mdivi‑1, постепенно высвобождаемая из гидрогеля, эффективно подавляет транслокацию Drp1 на внешнюю мембрану митохондрий, восстанавливает их длинные стержневидные разветвлённые структуры и повышает активность комплексов дыхательной цепи. Такое вмешательство в процессы контроля качества митохондрий не только устраняет избыточное оксидативное повреждение, но и восстанавливает способность остеобластов обеспечивать энергетические потребности в условиях метаболического стресса.

В итоге в работе была разработана новая терапевтическая концепция, основанная на взаимосвязи функций эндоплазматического ретикулума и митохондрий, которая раскрывает глубинную логику разрыва патологического порочного круга. В условиях повышенного уровня глюкозы избыток активных форм кислорода, возникающий вследствие митохондриальной дисфункции, через участки физического контакта провоцирует выраженный стресс эндоплазматического ретикулума, что, в свою очередь, усиливает склонность остеобластов к апоптозу и подавляет экспрессию ключевых генов, отвечающих за остеогенез. Исследование показало, что данный гидрогель, уменьшая аномальное расстояние физического контакта между этими двумя органеллами, успешно снижает уровень фосфорилирования маркерных белков стресса эндоплазматического ретикулума, тем самым восстанавливая нарушенное соотношение RANKL и OPG. Это открытие не только демонстрирует возможность воздействия на метаболизм кости на уровне межорганеллярных взаимодействий, но и предоставляет важные теоретические ориентиры для будущей разработки митохондриально‑целевых терапевтических средств, направленных на профилактику и лечение осложнений диабета.

Сканирующий электронный микроскоп серии ZEM компании Цзэюй‑Технологии — это высокоинтегрированное, портативное и экономичное научно‑исследовательское оборудование. Оно обеспечивает быструю вакуумизацию, высокую скорость получения изображений и широкий выбор детекторов сигналов, подходит для наблюдения морфологии и анализа состава, а также может быть адаптировано к различным требованиям in situ‑экспериментов. Устройство предъявляет минимальные требования к условиям установки, не зависит от этажности здания, отличается простотой эксплуатации — с ним легко справятся и непрофессионалы. Благодаря этому оно находит широкое применение в таких областях, как разработка новых материалов, биологические науки, анализ причин отказов и промышленный контроль качества, предоставляя научно‑исследовательским учреждениям и корпоративным пользователям мощное решение для микроскопической характеристики, сочетающее высокую производительность и выгодное соотношение цены и качества.