Ученые создали крошечные искусственные мышцы, которые сжимаются и реагируют на нервные и электрические стимулы, как и настоящие. Есть только один нюанс: функционирующие мышечные волокна были сделаны из клеток кожи, а не мышечных клеток.
Раньше ученые смогли сделать мышечные клетки из других типов клеток; но до сих пор никто не смог создать функционирующие мышечные волокна. (Мышечные волокна представляют собой группы мышечных клеток.) Успешный эксперимент, подробно описанный в статье, опубликованной вчера (9 января) в журнале Nature Communications, может помочь исследователям лучше изучить генетические мышечные дистрофии и протестировать новые методы лечения.
В исследовании использовали клетки от образцов кожи. Применили известный метод превращения этих клеток в так называемые индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, которые могут трансформироваться в клетки любого типа. Затем, используя новый метод, который они разработали, ученые смогли превратить эти плюрипотентные стволовые клетки в мышечные стволовые клетки, которые называются миогенными предшественниками.
«Мы принимаем эти индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, а затем превращаем их в мышечные клетки, заставляя их экспрессировать белок под названием Pax7, который сигнализирует клеткам о переходе в мышечные клетки», — сказал старший автор исследования Ненад Бурсак, профессор биомедицинской инженерии в Университете Дьюка в Северной Каролине. «Прошло около трех недель, пока они не перепрограммировались».
Используя только одну плюрипотентную стволовую клетку, взятую у донора, исследователи могут создать тысячи мышечных стволовых клеток, сказал Берсак. Это потому, что превратившись в мышечные стволовые клетки, эти клетки могут размножаться дальше.
Как только у ученых было достаточное количество мышечных стволовых клеток для работы, они отключили белок Pax7 (тот, который сигнализирует им о трансформации). Затем мышечные клетки помещали в трехмерную культуру, содержащую различные питательные вещества и факторы роста, которые стимулировали клетки к мышечным волокнам.
Через три недели в растворе образовались кусочки мышечной ткани длиной до 2 сантиметров, почти 1 миллиметр в диаметре.
Затем начнутся тесты. «Мы можем подвергнуть эти мышечные ткани всем классическим физиологическим тестам, которые вы можете измерить на животных или на людях», — сказал Бурсак.
В этом исследовании его команда опирается на прорыв, который они достигли три года назад, когда они стали первой командой в мире, создавшей функциональные человеческие мышечные волокна из клеток, взятых из биопсий мышц. Но по сравнению с предыдущими образцами волокна, изготовленные из клеток кожи, значительно слабее, сказал Бурсак. Он добавил, что это его команда хочет решить в своей будущей работе.
Читайте также:
Кому нужны новые мышцы?
Развитие могло бы значительно улучшить способность исследователей изучать генетические мускульные заболевания, такие как мышечная дистрофия Дюшенна, которая поражает 1-300 мальчиков во всем мире. Люди с мышечной дистрофией Дюшенна начинают с мышечной слабости примерно в возрасте 4 лет. Состояние быстро прогрессирует, и к 12 годам пациенты теряют способность ходить. По имеющимся оценкам, большинство умирают в возрасте 26 лет.
«В генетических заболеваниях у детей мышцы уже повреждены, и это плохо, если мы делаем биопсии», — сказал Бурсак. «Этот метод позволяет нам генерировать образцы мышц из их кожи или образцов крови».
Поскольку волокна, созданные в исследовании, полностью функционируют, исследователи теперь могут изучить, как они реагируют на различные методы лечения.
«Будучи способными формировать функционирующую мышцу, мы можем действительно изучить различные параметры и посмотреть, могут ли определенные методы лечения привести к улучшению мышечной силы и сокращению мышц», — сказал Бурсак. «Мы надеемся, что это будет более полезным, чем исследования на животных».
Он отметил, что некоторые препараты, которые работают на мышах, могут быть токсичными для людей. По его словам, наличие таких искусственных человеческих мышечных волокон упростит разработку новых безопасных методов лечения.
Тем не менее, мышечные волокна, которые исследователи выращивали в лаборатории, были довольно маленькими. Размер мышечных волокон, которые можно выращивать, в настоящее время ограничен, потому что биоинженеры не могут создавать сосуды достаточно долго, чтобы поддерживать более крупные образцы, чем сантиметр или два, сказал Бурсак. Он добавил, что это препятствует всему направлению биоинженерии.
Он надеется, что техника может быть использована в будущем для реорганизации поврежденных клеток пациента в здоровые клетки и использования полученных мышечных волокон для улучшения качества жизни.
«Из-за ограничения по размеру, мы не можем использовать их для лечения больших мышечных травм», — сказал Бурсак. «Но если есть локализованная травма, особенно для конкретных мышц, тогда возможно применение в области тканевой инженерии».
Врачи и эксперты в области медицины с интересом отнеслись к недавним достижениям ученых, которые смогли вырастить мышцы из клеток кожи. Это открытие может значительно изменить подход к лечению различных заболеваний и травм, связанных с мышечной тканью. Специалисты отмечают, что такая технология может быть особенно полезной для пациентов, страдающих от мышечной атрофии или травм, когда восстановление тканей становится сложной задачей.
Кроме того, врачи подчеркивают важность дальнейших исследований в этой области, чтобы понять все аспекты и возможные риски использования клеточных технологий. Они считают, что успешное применение таких методов может привести к созданию новых терапий, которые улучшат качество жизни многих людей. Однако, как и в любом новом направлении медицины, необходимо тщательно изучить долгосрочные последствия и безопасность таких процедур.
Недавние исследования, в которых ученые смогли вырастить мышцы из клеток кожи, вызвали широкий резонанс в обществе. Многие восхищаются этим достижением, считая его прорывом в медицине и биотехнологиях. Люди обсуждают потенциальные применения, такие как восстановление утраченных функций после травм или заболеваний. Некоторые эксперты подчеркивают, что это открытие может изменить подход к лечению мышечных дистрофий и других заболеваний. Однако не обошлось и без скепсиса: критики указывают на этические вопросы, связанные с манипуляциями с клетками, а также на необходимость дальнейших исследований для обеспечения безопасности и эффективности новых методов. В целом, общественное мнение разделилось: одни видят в этом шаг к будущему медицины, другие — повод для размышлений о границах науки.
Вопрос-ответ
Как ученые смогли вырастить мышцы из клеток кожи?
Ученые использовали метод перепрограммирования клеток кожи в стволовые клетки, а затем направили их дифференцировку в мышечные клетки. Этот процесс включает в себя использование специфических факторов роста и условий, способствующих превращению клеток в мышечные ткани.
-
Читайте также:
Каковы потенциальные применения вырастенных мышц в медицине?
Выращенные мышцы могут быть использованы для лечения различных заболеваний, таких как мышечная дистрофия, а также для восстановления тканей после травм или операций. Кроме того, они могут помочь в тестировании лекарств и изучении заболеваний на клеточном уровне.
Существуют ли риски или этические вопросы, связанные с этой технологией?
Да, как и в любой области регенеративной медицины, существуют риски, связанные с возможным отторжением трансплантатов и неопределенностью долгосрочных эффектов. Этические вопросы также касаются использования стволовых клеток и манипуляций с клетками человека, что требует строгого соблюдения норм и стандартов.
Советы
СОВЕТ №1
Изучите основы клеточной биологии, чтобы лучше понять, как ученые работают с клетками и какие процессы происходят при выращивании тканей. Это поможет вам осознать значимость таких исследований и их потенциальное применение в медицине.
СОВЕТ №2
Следите за новыми исследованиями в области регенеративной медицины и тканевой инженерии. Эта область науки быстро развивается, и новые открытия могут существенно изменить подходы к лечению травм и заболеваний.
СОВЕТ №3
Обсуждайте с друзьями и знакомыми важность этических аспектов исследований в области биотехнологий. Понимание различных точек зрения поможет вам сформировать более полное представление о возможных последствиях и вызовах, связанных с такими технологиями.
СОВЕТ №4
Если вас интересует эта тема, подумайте о том, чтобы принять участие в волонтерских программах или научных клубах, связанных с биомедицинскими исследованиями. Это даст вам возможность ближе познакомиться с работой ученых и, возможно, даже внести свой вклад в будущие открытия.
