Среда, 10 Январь 2018 21:16

Из стволовых клеток человека впервые получена функционирующая мышечная ткань

Автор  Мельникова Елена
Оцените материал
(1 Голосовать)

Исследователям из университета Дьюка (Duke University), США, удалось впервые вырастить функционирующие мышцы из стволовых клеток, полученных из перепрограммированных клеток кожи человека. Новая методика, описанная в статье, которая была опубликована 9 января 2018 года в Nature Communications, поможет учёным расширить возможности клеточной терапии, а также разработать индивидуальные модели редких заболеваний мышечной ткани для создания лекарственных препаратов и биологических исследований.

Новая работа основана на результатах испытаний, проведённых в 2015 году, когда учёные из университета Дьюка создали первую функционирующую мышечную ткань человека из клеток, полученных с помощью биопсии мышц. Теперь же для создания мышц использовались клетки, не имеющие мышечного происхождения.

«Начало работы с плюрипотентными стволовыми клетками, которые не являются клетками мышц, но могут превратиться во все существующие клетки нашего организма, позволит нам выращивать неограниченное количество миогенных клеток-предшественников», - говорит Ненад Бурсак (Nenad Bursac), профессор биомедицинской инженерии в университете Дьюка.

«Эти клетки-предшественники напоминают взрослые стволовые клетки мышц, называемые «сателлитными клетками». Из одной такой клетки, теоретически, можно вырастить целую мышцу».

В своей предыдущей работе Бурсак и его команда использовали образцы с небольшим количеством миобластов человека, полученных с помощью биопсии. Данные клетки уже продвинулись в развитии дальше стволовых клеток, но ещё не стали зрелыми мышечными волокнами. После нескольких пассажей, миобласты помещали на поддерживающие трёхмерные каркасы, наполненные питательным гелем, который стимулировал формирование функционирующих мышечных волокон.

В настоящем исследовании команда учёных решила использовать индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСк) человека, которые получали с помощью перепрограммирования клеток зрелых немышечных тканей, таких как кожа или кровь, возвращая их в первозданное состояние. Далее ИПСк культивировали с добавлением молекулы Pax7, стимулирующей дифференцировку клеток в клетки мышечной ткани.

По мере пролиферации клетки становились всё более похожими на взрослые мышечные стволовые клетки, однако, были не столь прочными. В ходе предыдущих исследований учёным так и не удалось получить зрелые функционирующие миоциты из таких клеток с «промежуточной» стадией развития.

Исследователям из университета Дьюка удалось добиться успеха после нескольких неудачных попыток.

«Это были годы, полные проб и ошибок, выдвижения обоснованных предположений и первых шагов на пути создания функционирующей мышцы человека из плюрипотентных стволовых клеток», - сказал Линджунь Рао (Lingjun Rao) докторант в лаборатории Бурсака и первый автор исследования.

«Отличительная особенность нашей работы – уникальные условия для культуры клеток и трёхмерный матрикс, который позволил клеткам расти и развиваться намного быстрее и дольше, чем методы, применяемые в двухмерной культуре, которые чаще используются».

Как только клетки начали превращаться в мышечные, Бурсак и Рао прекратили добавление молекулы Pax7, начав обогащать среду питательными веществами, необходимыми для полного созревания.

Учёные показали, что после двух-четырёх недель культивирования на трёхмерной структуре клетки образуют мышечные волокна, способные сокращаться и реагировать на внешние раздражители, такие как электрические импульсы и биохимические сигналы, имитирующие нейронные сигналы в естественных мышцах.

Исследователи имплантировали полученные мышечные волокна взрослым мышам и продемонстрировали, что они благополучно выживают и функционируют в течение как минимум трёх недель, постепенно интегрируя в нативную ткань с помощью васкуляризации.

Однако искусственно полученные мышцы уступают по силе естественной мышечной ткани, а также они оказались хуже мышц, полученных в эксперименте с клетками из биоптата. Несмотря на это, исследователи говорят, что данные мышцы обладают более мощным потенциалом по сравнению с предыдущей «старшей версией» мышечной ткани.

Мышечные волокна, полученные из ИПСк, формируют ниши клеток-сателлитов, которые необходимы нормальным зрелым мышцам для восстановления повреждений, в то время как в мышцах, полученных в предыдущих исследованиях, было гораздо меньше спутниковых клеток. Кроме того, метод, основанный на стволовых клетках, позволяет выращивать гораздо большее количество клеток из небольшого исходного количества по сравнению с методом биопсии.

Эти оба преимущества указывают на возможность использования нового метода в регенеративной терапии, для создания моделей редких заболеваний для исследований в будущем и индивидуализированного медицинского обслуживания.

«Наибольший интерес для нас представляет перспектива изучения редких заболеваний», - сказал Бурсак. «Когда мышцы ребёнка слабеют от заболеваний вроде мышечной дистрофии Дюшенна, было бы неэтично брать образцы мышечной ткани, нанося дополнительный урон. Но с помощью данной техники мы можем взять небольшой образец немышечной ткани, такой как кожа или кровь, обратить полученные клетки в плюрипотентное состояние и, в конечном итоге, произвести бесконечное количество функционирующих мышечных волокон для тестирования».

Новая методика также может применяться совместно с генетической терапией. Теоретически, исследователи могли бы исправить генетические нарушения в ИПСк, полученных от пациента, а затем вырастить полностью здоровую мышечную ткань для использования в сочетании с генетической терапией или для решения локализованных проблем.

Прочитано 2193 раз
Авторизуйтесь, чтобы получить возможность оставлять комментарии