Мягкий гель позволил вырастить в лаборатории медленные мышечные волокна

Исследователи из Национальных институтов квантовой науки и технологий (QST) и Столичного университета Токио разработали биоматериал, который может изменить подход к лечению дегенерации мышц и метаболических расстройств.

Имитируя мягкость и микроструктуру ткани медленных мышечных волокон, команда успешно вырастила в лаборатории мышечные клетки, демонстрирующие генетические и метаболические признаки медленных волокон — клеток, критически важных для осанки, выносливости и регуляции уровня глюкозы.

Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.

Медленные мышечные волокна жизненно важны для поддержания подвижности и метаболического здоровья, особенно у пожилых людей и пациентов с хроническими заболеваниями. Однако воспроизведение их уникальных свойств in vitro долгое время оставалось сложной задачей. Традиционные методы культивирования не воспроизводят мягкую, волокнистую среду нативной мышцы, что ограничивает возможности для изучения или регенерации этих клеток.

Под руководством доктора Мицумасы Тагути команда QST использовала технику радиационно-индуцированного сшивания для создания желатин-основного геля с регулируемой эластичностью и микроканавками. Когда мышечные клетки-предшественники (C2C12 миотубы) культивировали на самой мягкой версии этого геля (10 кПа), они экспрессировали гены, типичные для медленных волокон — такие как MYH7 и MYH2 — и метаболические маркеры, такие как GLUT4 и миоглобин. Эти клетки также показали повышенный уровень PGC-1α — ключевого регулятора формирования медленных мышечных волокон.

«Наш гель обеспечивает микроокружение, которое близко напоминает физические условия внутри тела, — сказал доктор Тагути. — Это позволяет мышечным клеткам развиваться способом, отражающим естественное формирование медленных волокон, чего никогда не удавалось достичь с обычными материалами».

Исследование также показало, что добавление микроканавок на поверхность геля улучшило выравнивание и дифференцировку клеток, хотя само по себе не запускало экспрессию генов медленных волокон. Это говорит о том, что эластичность является основным драйвером сдвига типа волокон, в то время как топография поддерживает структурную организацию.

Последствия этого исследования далеко идущие. Искусственные ткани медленных мышечных волокон могут быть использованы в регенеративной медицине, скрининге лекарств и даже в терапии трансплантации мышц. Поскольку гель биосовместим и биодеградируем, в будущем он может служить каркасом для восстановления повреждённых мышц у пациентов, страдающих возрастной потерей мышечной массы.

«В долгосрочной перспективе эта технология может помочь увеличить продолжительность здоровой жизни и улучшить её качество, — сказал доктор Тагути. — Она открывает новые возможности для персонализированной медицины и передовой биомедицинской инженерии».