Инженеры выращивают функционирующие человеческие мышцы из клеток кожи: первые функционирующие человеческие мышцы, выращенные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, открывают перспективы для клеточной терапии, открытия лекарств и изучения редких заболеваний.

Прогресс основан на работе, опубликованной в 2015 году, когда исследователи из Университета Дьюка вырастили первую функционирующую мышечную ткань человека из клеток, полученных при биопсии мышц. Возможность начать с клеточного нуля с использованием немышечной ткани позволит ученым вырастить гораздо больше мышечных клеток, упростит редактирование генома и клеточную терапию, а также разработать индивидуально адаптированные модели редких мышечных заболеваний для открытия лекарств и фундаментальных биологических исследований.Результаты появятся в Интернете во вторник, 9 января, в Nature Communications.

«Начиная с плюрипотентных стволовых клеток, которые не являются мышечными клетками, но могут стать всеми существующими клетками в нашем теле, мы можем вырастить неограниченное количество миогенных клеток-предшественников», — сказал Ненад Бурсак, профессор биомедицинской инженерии в Университете Дьюка. «Эти клетки-предшественники напоминают взрослые мышечные стволовые клетки, называемые« сателлитными клетками », которые теоретически могут вырастить целую мышцу, начиная с одной клетки».В своей предыдущей работе Бурсак и его команда начали с небольших образцов человеческих клеток, полученных из мышечной биопсии, называемых «миобластами», которые уже вышли из стадии стволовых клеток, но еще не стали зрелыми мышечными волокнами.

Они вырастили эти миобласты множеством складок, а затем поместили их в поддерживающую трехмерную основу, заполненную питательным гелем, которая позволила им сформировать выровненные и функционирующие мышечные волокна человека.Вместо этого в новом исследовании исследователи начали с индуцированных человеком плюрипотентных стволовых клеток.

Это клетки, взятые из немышечных тканей взрослых, таких как кожа или кровь, и перепрограммированные для возврата в исходное состояние. Затем плюрипотентные стволовые клетки растут, наполняясь молекулой под названием Pax7, которая сигнализирует клеткам о начале становления мышц.По мере того, как клетки размножались, они становились очень похожими на взрослые мышечные стволовые клетки, но не такими прочными. В то время как предыдущие исследования достигли этого подвига, никто не смог затем вырастить эти промежуточные клетки в функционирующие скелетные мышцы.

Исследователи Duke преуспели там, где предыдущие попытки не увенчались успехом.«Потребовались годы проб и ошибок, чтобы сделать обоснованные предположения и сделать маленькие шаги, чтобы, наконец, произвести функционирующие человеческие мышцы из плюрипотентных стволовых клеток», — сказал Линцзюнь Рао, научный сотрудник лаборатории Бурсака и первый автор исследования. «Отличия заключаются в наших уникальных условиях культивирования клеток и трехмерной матрице, которые позволили клеткам расти и развиваться намного быстрее и дольше, чем подходы к двумерному культивированию, которые обычно используются».Когда клетки начали превращаться в мышцы, Бурсак и Рао прекратили предоставление сигнальной молекулы Pax7 и начали давать клеткам поддержку и питание, необходимые для полного созревания.

В исследовании исследователи показывают, что после двух-четырех недель трехмерного культивирования полученные мышечные клетки образуют мышечные волокна, которые сокращаются и реагируют на внешние стимулы, такие как электрические импульсы и биохимические сигналы, имитирующие нервные импульсы, точно так же, как естественная мышечная ткань. Они также имплантировали недавно выросшие мышечные волокна взрослым мышам и показали, что они выживают и функционируют не менее трех недель, постепенно интегрируясь в нативную ткань посредством васкуляризации.

Полученная мышца, однако, не так сильна, как собственная мышечная ткань, а также уступает мышце, выращенной в предыдущем исследовании, которое началось с биопсии мышц. Несмотря на это предостережение, исследователи говорят, что у этой мышцы все еще есть потенциал, которого нет у более сильного старшего родственника.Мышечные волокна, полученные из плюрипотентных стволовых клеток, образуют резервуары «сателлитных клеток», которые необходимы нормальным взрослым мышцам для восстановления повреждений, в то время как в мышцах из предыдущего исследования этих клеток было гораздо меньше. Метод стволовых клеток также позволяет вырастить намного больше клеток из меньшей начальной партии, чем метод биопсии.

Оба преимущества указывают на возможность использования этого нового метода для регенеративной терапии и для создания моделей редких заболеваний для будущих исследований и индивидуальной медицинской помощи.«Для нас особенно волнует перспектива изучения редких заболеваний», — сказал Бурзак. «Когда мышцы ребенка уже отмирают из-за чего-то вроде мышечной дистрофии Дюшенна, было бы неэтично брать у них образцы мышц и наносить дальнейшие повреждения. Но с помощью этой техники мы можем просто взять небольшой образец немышечной ткани, подобно коже или крови, вернуть полученные клетки в плюрипотентное состояние и в конечном итоге вырастить бесконечное количество функционирующих мышечных волокон для тестирования ».

Этот метод также обещает быть совмещенным с генетической терапией. Теоретически исследователи могли бы исправить генетические сбои в индуцированных плюрипотентных стволовых клетках, полученных от пациента, а затем вырастить небольшие участки полностью здоровых мышц. Хотя это не может излечить или заменить больные мышцы всего тела, его можно использовать в тандеме с более целенаправленными генетическими методами лечения или для лечения более локальных проблем.В настоящее время исследователи совершенствуют свою технику для наращивания более крепких мышц и начинают работу по разработке новых моделей редких мышечных заболеваний.

Видео: https://www.youtube.com/watch?time_continue=1v=2FTPG5ff76IЭта работа была поддержана Национальными институтами здравоохранения (UH3-TR000505, UG3-TR002142, AR065873 и AR070543).

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.