Первая сокращающаяся человеческая мышца, выращенная в лаборатории
Впервые исследователям из Университета Дьюка удалось вырастить человеческую скелетную мышцу, которая сокращается и реагирует на внешние стимулы (электрические импульсы, биохимические сигналы, фармацевтические препараты) так же, как нативная ткань.
Эта ткань позволит тестировать новые лекарства и изучать заболевания на функционирующей человеческой мышце вне тела.
Исследование под руководством доцента биомедицинской инженерии Ненада Бурсака и постдока Лоран Мэдден опубликовано 13 января в открытом журнале eLife.
"Прелесть этой работы в том, что она может служить испытательной площадкой для клинических испытаний в чашке Петри", — сказал Бурсак.
Учёные начали с небольшого образца человеческих клеток, которые уже прошли стадию стволовых, но ещё не стали мышечной тканью («миогенные предшественники»). Их количество увеличили более чем в 1000 раз и поместили в поддерживающий 3D-каркас с питательным гелем, где клетки сформировали выровненные и функционирующие мышечные волокна.
"Потребовался год настройки переменных, таких как плотность клеток и геля, и оптимизации культуральной матрицы и среды", — отметила Мэдден.
Мышцу подвергли серии тестов. Она активно сокращалась в ответ на электрические стимулы — впервые для человеческой мышцы, выращенной в лаборатории. Сигнальные пути, позволяющие нервам активировать мышцу, были неповрежденными и функциональными.
Для проверки пригодности модели для медицинских тестов изучили её реакцию на различные препараты, включая статины (для снижения холестерина) и кленбутерол (известный как нелегальный усилитель для спортсменов).
Эффекты препаратов совпали с наблюдаемыми у пациентов:
- Статины вызвали дозозависимый ответ — аномальное накопление жира при высоких концентрациях.
- Кленбутерол показал узкое терапевтическое окно для усиления сокращения.
При таких дозах кленбутерол не вредит мышечной ткани грызунов, что подтверждает истинно человеческий ответ выращенной мышцы.
"Одна из наших целей — использовать этот метод для персонализированной медицины. Мы можем взять биопсию у пациента, вырастить много новых мышц как тестовые образцы и выяснить, какие препараты подойдут лучше всего", — заявил Бурсак.
Бурсак уже работает над исследованием с клиницистами Duke Medicine, чтобы сопоставить эффективность препаратов у пациентов с эффектами на выращенных мышцах. Его группа также пытается вырастить сокращающиеся человеческие мышцы из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC), а не из биопсийных.
"При некоторых заболеваниях, например, мышечной дистрофии Дюшенна, взять биопсию мышцы сложно. Если бы мы могли выращивать рабочие мышцы из iPSC, достаточно было бы одного образца кожи или крови", — пояснил Бурсак.
Исследование поддержано грантами NIH: R01AR055226 и R01AR065873 от Национального института артрита, заболеваний опорно-двигательного аппарата и кожи, и UH2TR000505 от NIH Common Fund для инициативы Microphysiological Systems.