Cannabidiol, a Major Non‐Psychotropic Cannabis Constituent Enhances Fracture Healing and Stimulates Lysyl Hydroxylase Activity in Osteoblasts
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/jbmr.2513
cz
Cannabidiol, hlavní non-psychotropní konopná látka, zlepšuje léčení zlomenin a stimuluje aktivitu lysylhydroxylázy u osteoblastů
Natalya M Kogan
Eitan Melamed
Elad Wasserman
První zveřejnění: 19. března 2015
https://doi.org/10.1002/jbmr.2513
ABSTRAKTNÍ
Cannabinoidní ligandy regulují kostní hmotu, ale kostní účinky kanabisu (marihuany a hašiše) nebyly zaznamenány. Kosti kostní dřeně jsou velmi převládající, zahrnující dlouhodobou imobilizaci a nepohodlí. Zde uvádíme, že hlavní nešifoaktivní složka kanabisu, cannabidiol (CBD), zvyšuje biomechanické vlastnosti léčebných zlomenin středních femorálních krys. Maximální zatížení a práce-k-selhání, ale ne tuhost, femur z krys dané směsi CBD a Δ 9-Tetrahydrokanabinolu (THC) po dobu 8 týdnů byly výrazně zvýšeny CBD. Tento účinek se nesdílí s THC (psychoaktivní složkou konopí), ale THC potencuje CBD stimulovanou práci k selhání po 6 týdnech postfraktury následované útlumem účinku CBD po 8 týdnech. Použitím mikropočítačové tomografie (μCT) byla velikost šlachy fraktury přechodně snížena buď CBD nebo THC 4 týdny po zlomenině, ale dosáhla kontrolní hladiny po 6 a 8 týdnech. Hustota materiálu kalusu nebyla ovlivněna CBD a / nebo THC. Naproti tomu CBD stimulovala expresi mRNA Plod1v primárních kulturách osteoblastů, kódujících enzym, který katalyzuje hydroxylaci lyzinu, který se dále podílí na zesíťování a stabilizaci kolagenu. Pomocí spektroskopie s Fourierovou transformační infračervenou (FTIR) jsme potvrdili zvýšení podílu kolagenového zesíťování CBD, což pravděpodobně přispěje ke zlepšení biomechanických vlastností kalusu zlomeniny. Společně tyto údaje ukazují, že CBD vede ke zlepšení léčby zlomenin a prokázání kritické mechanické role kolagenových zesíťujících enzymů. © 2015 Americká společnost pro výzkum kostí a minerálů.
Výsledek
Ve většině případů zlomeniny léčit prostřednictvím tvorby kalusu, který poskytuje počáteční překlenout lomové mezeru 12 (obr. 1 A ). V experimentu 1 ukázala analýza μCT, že 4 týdny po zlomenině byla velikost kalusu přibližně 26% nižší u potkanů podaných buď THC nebo CBD ve srovnání se zvířaty, kterým byl podáván pouze VEH. Tento pokles zahrnoval jak mineralizovaný, tak i nemineralizovaný kalus, ale nepřetrvával v 6týdenních a 8týdenních časových bodech (obr. 2 ), což naznačovalo přechodné zesílení procesu hojení.
Čtyřbodové ohýbání stejných femorálních vzorků ukázalo, že CBD významně zlepšila biomechanické vlastnosti léčených stehenních kostí po 8 týdnech, kdy byla většina chrupavčích kalusů nahrazena kostí (obr. 2 a 3 ). Toto rozšíření se skládá z příslušného zvýšení ~ 35% a ~ 50% maximální síly a práce na výpadku bez významného vlivu na tuhost a THC nebylo sdíleno. Pokud existuje, THC snížila tuhost oproti CBD (obr. 3 ). Důležité je, že CBD neovlivnil konečný posun při selhání (obr. 3)), což naznačuje, že zvýšená odolnost vůči práci (tj. houževnatost) je způsobena výhradně zvýšením síly (maximální síla). Ani zlomeniny ošetřené VEH ani THC nemají stejné síly. Rovněž léčby CBD nebo THC neměly vliv na tělesnou hmotnost (data nejsou uvedena), faktor, který by mohl potenciálně ovlivnit osteogenezi. 18
Kombinace THC a CBD není jen charakteristickým znakem konopí, ale pro terapeutické použití byla doporučena směs stejných množství těchto složek. 6 Proto experiment 2 zkoušel jejich kombinovaný účinek na biomechaniku léčivé kosti. V tomto experimentu jsme se vyhnuli strukturální analýze kalusu, protože v experimentu 1 mikrostrukturální změny nepřežily celé sledované období a nedokázaly korelovat s biomechanickými výsledky. Přidání THC zvýšilo maximální sílu nepatrně více než samotná CBD (srovnej obr. 3 a 4), stejně jako tuhost. Nicméně, eliminoval CBD-indukovaný nárůst práce-k-selhání ve 8 týdnech (obr. 4 ). Přesto měl tento parametr výrazný stimulační účinek po 6 týdnech (obr. 4)).
Vzhledem k tomu, že na konstrukčních volumetrických základech nebylo možno vysvětlit zvýšení pevnosti houževnaté zlomeniny indukované CBD, posoudili jsme vliv CBD a THC na vlastnosti kostí. S odkazem na skenování μCT z experimentu 1 jsme analyzovali hustotu materiálu mineralizované matrice. Nicméně tato analýza nevykazovala žádné rozdíly mezi krysami ošetřenými VEH, ošetřenými THC a CBD (obr. 5 ). Zlepšení pevnosti kalusu a nezměněné hustoty materiálu proto naznačuje, že účinky CBD nebo THC zahrnují změny v organické matrici, jako je stupeň kolagenového zesíťování, o kterém je známo, že ovlivňuje pružnost a houževnatost kosti. 19V kulturách primárních osteoblastů CBD selektivně stimuluje hladiny mRNA lysylhydroxylázy PLOD1 (experiment 3, obr. 6 , dodatečný obrázek 1), enzym, který hydroxylázuje lysinové zbytky intracelulárně, což je první krok při tvorbě pyridinolinu a pyrrololinu. 20Tato stimulace nastala při koncentracích 1 × 10-10 M až 1 × 10-12 M CBD, ale byla reverzována při vyšších koncentracích, což je typický účinek pro kanabinoidní ligandy (obr. 6 ). THC stimuloval hladiny osteoblastické mRNA lysylhydroxylázy PLOD2; nicméně, tato stimulace byla biologicky významná pouze na 1 x 10
Diskuse
Kosti zlomenin všech typů patří mezi nejběžnější zranění postihující miliony jedinců všech věkových skupin a obou pohlaví po celém světě. Hojení zlomenin kostí je ovlivněno mnoha environmentálními, systémovými, místními a farmakologickými faktory. Nejdůležitější pro naši studii je vysoká incidence zlomenin mezi mladými dospělými, kteří jsou také běžnými uživateli drog, zejména marihuany a hašiše. Překvapivě je množství experimentálních a klinických informací souvisejících s užíváním drog a léčbou zlomenin omezené a zaměřuje se hlavně na nežádoucí účinky nikotinu a alkoholu. 21Kombinovaná 3D kvantitativní analýza μCT a biomechanické testování v této studii demonstrují specifické zvýšenou sílu a houževnatost indukovanou CBD, nejspíše prostřednictvím účinku na tvorbu osteoblastické kosti, protože tato stimulace byla zřejmá pouze v pozdních fázích hojení, kdy osteogeneze, spíše než chondrogenese. Dále prokazujeme pravděpodobnost, že zvýšení CBD indukované enzymy je katalyzováno zesíťováním kolagenu, což poprvé znamená úlohu těchto enzymů při léčbě zlomenin.
Kostní buňky exprimují kanabinoidní receptory a enzymy metabolizující endokanabinoidy. 22 , 23 Cannabinoidní receptory jsou také vyjádřeny skeletálními sympatickými nervovými terminály 24 a kanabinoidy mají důležitou roli při regulaci kostní remodelace a hmoty. 1 S nedávným pokrokem při schvalování konopí pro lékařské indikace a dokonce i pro rekreační využití, 25je důležité posoudit jeho možné přínosné a nepříznivé účinky na hojení koster. Mnoho zlomenin se uzdravuje procesem známým jako endochondrální osifikace. V tomto procesu je počáteční přemostění mezery zlomeniny vytvořeno chrupavým kalusem, který mineralizuje a následně se resorbuje a nahrazuje kostnatým kalusem. Kostní kalus je dále remodelován tak, aby vytvořil zralou kost, která je podobná tkáni předtruktury. 26.Zajímavé je, že jeden experimentální studie o účinku marihuany zprávy týkající se inhibice časných stádiích (30 dní) hojení kosti okolo endo-kostní implantáty. 27Naproti tomu naše výsledky naznačují, že CBD-indukovaná stimulace hojení zlomenin nastává během pozdějších fází hojení (po 6 týdnech). Také perimimplantační osifikace je intramembranózní, jejichž počáteční fáze, např. Tvorba krevních sraženin a / nebo jejich organizace prostřednictvím primární tvorby kostí, 28 mohou být náchylné ke škodlivým účinkům konopí. Při léčení zlomenin naše data naznačují, že počáteční chrupavková fáze, která není přítomna v intramembránové osifikaci, chrání proces před takovými účinky.
Zde buď THC nebo CBD snížily velikost kalusu 4 týdny po zlomenině. Tento pokles podobně ovlivnil nerozvinuté a mineralizované složky kalusu a může být výsledkem přechodného zesílení resorpce chrupavkového kalusu následovaného nepřerušovanou tvorbou kosti. Vskutku ve 6 a 8 týdnech, kdy je většina kalusu kostnatá, ani CBD, ani THC neovlivňují její velikost. CBD necílí CB1 nebo CB2, klasické kanabinoidní receptory. Proto jsme byli překvapeni, že CBD, nikoliv THC, výrazně posílil maximální sílu kalusu a práci na selhání nebo houževnatost, konkrétně 8 týdnů po porušení, což je časový bod představující převážně kostnaté přemostění mezery zlomeniny. CBD byla navržena jako moderátor mnoha efektů historicky přidělených THC. 29 - 32Proto se CBD a THC mohou proti sobě navzájem vyvažovat. Přidáním přípravku do přípravku stejné množství THC významně ovlivnilo účinek CBD, významně zvýšilo tuhost v 8 týdnech, zvýšilo tuhost v 6 týdnech a zmírňovalo to po 8 týdnech. Tento účinek THC v kombinaci s CBD může být klinicky významný z hlediska rychlosti hojení.
Zvýšené mechanické vlastnosti kalusu v 6-týdenních a 8-týdenních časových bodech spolu s absencí strukturálních rozdílů mezi zvířaty ošetřenými kanabinoidem a VEH v těchto časových bodech naznačují, že CBD a / nebo THC ovlivňují vlastnosti materiálu nově vytvořeného kostního můstku. Síla kostí je úměrná své minerální hustotě. 19Nicméně naše výsledky, přestože vykazují časový nárůst hustoty minerálů kalusu, neprokazují rozdíly v léčbě.
Dalším faktorem, který může ovlivnit mechanické vlastnosti kostí, je kvalita kolagenní matrice. Ačkoliv dříve nebyly zkoumány v souvislosti s hojením zlomenin, jeden faktor, který může ovlivnit matrici, je stupeň intramolekulárního a intermolekulárního zesíťování kolagenu 33,který je dále regulován expresí enzymů katalyzujících tento proces, konkrétně 3 lysylhydroxylázy, 5 lysyloxidázy a prolylhydroxylázy. Lyzylhydroxylázy působí intracelulárně, 34 až 36, po nichž následuje extracelulární oxidace lysinových a hydroxylysinových zbytků lysyl-oxydázami. 20Ve skutečnosti vykazujeme zvýšení CBD osteoblastické exprese lysylhydroxylázy 1 (PLOD1), jednoho z mála enzymů zesíťujících kolagen, o nichž se uvádí, že jsou spojeny s kvalitou kostí. 37 , 38 Je pravděpodobné, že tato stimulace je specifická, protože CBD neovlivňuje hladiny mRNA kteréhokoli z ostatních enzymů zesíťujících kolagen. Tato zvýšená exprese PLOD1 je v souladu se zvýšeným poměrem zesílení kolagenu v skupině CBD měřenou FTIR. Kolagenový zesíťovací poměr je odhadem zralosti kolagenu, 16 což je důležité pro kvalitu kostí a mechanické vlastnosti tkáně 39 - 41; to může vysvětlit zvýšené mechanické vlastnosti nalezené ve skupině CDB. Pro srovnání, transkripty mRNA pro PLOD1 byly poněkud sníženy pomocí THC. Tato inhibice může poskytnout nějaké vysvětlení pro mírnější stimulaci mechanické síly a kolagenového zesíťovacího poměru v THC + CBD ve srovnání s skupinami CBD. Jediný biologicky významný účinek THC byl stimulace exprese mRNA PLOD2. Tento účinek vyvrcholil rychlostí 1 × 10-8M, což představuje 100krát až 1000násobně nižší účinnost a užší účinná dávka v porovnání s CBD. Navíc, ačkoli PLOD1, zaměřený na CBD, je údajně relevantní pro biomechaniky kostí, nebyly nalezeny žádné důkazy týkající se role PLOD2 při určování kvality kostí. Ve skutečnosti jsme zjistili zvýšené hodnoty APS ve skupině THC, což naznačuje obecně pomalejší zrání tkáně. 15
Implikuje PLOD1 v mechanismu působení CBD může mít dalekosáhlé významy, za zlepšení hojení zlomenin, v případech, jako je například Ehlers-Danlos syndrom, 42 - 44,bronchopulmonární dysplasie, 45bikuspidální aortální stěny spojené s výdutí, 46 a rakovinných metastáz . 47 Navzdory několika studiím nejsou mechanismy, které se podílejí na akcích CBD, dobře pochopeny. 48 Tyto výsledky naznačují nový mechanismus zahrnující kolagenní extracelulární matrix, která může mít terapeutické použití jak v kostech, tak v extrakeletálních tkáních.
Modelování konopí jako směsi stejného množství THC a CBD získalo značnou klinickou pozornost jako terapii pro zmírnění neuropatické bolesti. 49 THC se zdá být hlavní účinnou látkou v této směsi, přičemž CBD působí, aby zmírnila své psychotropní nežádoucí účinky. 32 Zde stojí jiný případ, kdy sám CBD je dostatečně účinná při podpoře hojení zlomenin a kombinovaný přípravek není výhodné. Více experimentálních a klinických studií zobrazilo CBD jako bezpečného agenta, 50což naznačuje další studie u lidí, aby zhodnotila jeho užitečnost pro zlepšení léčení zlomeniny. Možná je důležitější, vzhledem k nedostatku zpráv, které se zabývají kolagenovými zesíťovacími enzymy jako terapeutickými cíli pro zlepšení mechanických vlastností kostí, naše výsledky naznačují další studie týkající se role zesíťování kolagenu při léčbě zlomeniny a kvalitě kosti po zákroku.
No comments:
Post a Comment