Фиксация мышц и мозга

Фиксация мышц и мозга
                Окрашенное поперечное сечение новых мышечных волокон. Эритроциты представляют собой поперечно-полосатые мышечные волокна, зеленые области являются рецепторами для нейронального ввода, а синие пятна представляют собой клеточные ядра. Предоставлено: Bursac Lab

Учитывая количество раз, когда слово «гель» встречается в исследованиях Ненада Бурсака и Татьяны Сегуры, можно простить мысль, что они могут работать в индустрии ухода за волосами или кроссовок. Их гели, однако, нацелены на гораздо более сложные задачи, чем удерживание причесок или смягчение ног.
                                                                                       

Бурсак и Сегура, оба профессора биомедицинской инженерии в Университете Дьюка, являются двумя ведущими исследователями, работающими над выращиванием функциональных тканей как внутри, так и снаружи человеческого тела. Хотя гели, которые разрабатываются в их лабораториях, изначально более жидкие, чем твердые, они быстро затвердевают, обеспечивая критические трехмерные леса для организации и роста клеток. И, добавив идеальную комбинацию факторов роста, ферментов, питательных веществ и поддерживающих клеток, их лаборатории успешно «проектируют» некоторые из самых сложных тканей человека, включая скелетные мышцы и вещества мозга.

В 2014 году Бурсак и его команда были первыми, кто нарастил скелетные мышцы человека, которые сокращаются и реагируют, как нативная ткань, на электрические импульсы, биохимические сигналы и фармацевтические препараты. Хотя для этого первоначального успеха потребовалась биопсия мышц для выделения и роста человеческих «почти мышечных клеток», называемых миобластами, вскоре они продемонстрировали способность достигать аналогичных результатов, начиная с клеточных царапин — индуцированных человеком плюрипотентных стволовых клеток.

Этот метод занял годы, чтобы исследователи делали обоснованные предположения и делали шаги к достижению цели. Основным отличием стали их уникальные условия культивирования клеток и трехмерная матрица, которая позволяет клеткам расти и развиваться намного быстрее и дольше, чем применяемые чаще двухмерные подходы.

В исследовании 2018 года Бурсак и его группа показали, что после двух-четырех недель трехмерной культуры мышечные клетки, полученные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, образуют мышечные волокна, которые сжимаются и реагируют на электрические и биохимические стимулы, имитируя входы нейронов, просто как родная мышечная ткань.

Исправление мышц и мозга
                Поперечное сечение мышечного волокна, выращенного из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Зеленый указывает на мышечные клетки, синий — на ядра клеток, а красный — на окружающую опорную матрицу для клеток. Предоставлено: Bursac Lab

Мышечные волокна, полученные из плюрипотентных стволовых клеток, также создают резервуары «сателлитных клеток», которые необходимы нормальным взрослым мышцам для восстановления повреждений и регенерации, в то время как в мышцах, полученных с помощью мышечной биопсии, этих клеток было значительно меньше. Метод стволовых клеток также способен выращивать 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.

«Перспектива изучения редких заболеваний особенно интересна для нас», — говорит Бурсак. «Когда мышцы ребенка уже отмирают от чего-то вроде мышечной дистрофии Дюшенна, было бы неэтично брать у них образцы мышц и наносить им дополнительный ущерб. 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. «

Техника также обещает быть объединенной с генетической терапией. Исследователи могут, теоретически, исправить генетические сбои в индуцированных плюрипотентных стволовых клетках, полученных от пациента, и затем вырастить небольшие участки совершенно здоровых мышц. Хотя это не может излечить или заменить ценность всего тела больной мышцы, его можно использовать в тандеме с более широко направленной генетической терапией или для более локализованного восстановления мышц.

В лаборатории Сегуры исследователи сосредоточены на восстановлении, пожалуй, самого упрямого органа человеческого тела — мозга.

            Фиксация мышц и мозга
                Изображение показывает гидрогель, который был введен в сердечник удара. Аксональные филаменты показаны красным цветом, астроциты окрашены в зеленый цвет, ядра кажутся голубыми, а гидрогель белым. Предоставлено: Элиас Сидерис.

Мозг имеет ограниченную способность к восстановлению после инсульта и других заболеваний. В отличие от некоторых других органов в организме, таких как печень или кожа, мозг не регенерирует новые соединения, кровеносные сосуды или новые тканевые структуры. Ткань, которая умирает в мозгу от инсульта, поглощается, оставляя полость, лишенную кровеносных сосудов, нейронов или аксонов, тонких нервных волокон, которые выступают из нейронов.

В недавнем исследовании, проведенном на мышах, Сегура стремился уговорить здоровую ткань, окружающую полость, на заживление инсульта. Она разработала гель для инъекции в полость инсульта, которая утолщается, чтобы имитировать свойства мозговой ткани, создавая леса для нового роста.

Этот искусственный материал создает среду, которая помогает местным, родным стволовым клеткам делать все возможное, чтобы способствовать заживлению, обеспечивая физическую структуру, а также биологические сигналы, которые стимулируют рост клеток. Например, в гель вводятся молекулы, которые стимулируют рост кровеносных сосудов и подавляют воспаление, поскольку воспаление приводит к образованию рубцов и препятствует отрастанию функциональной ткани.

Через 16 недель в полостях инсульта содержалась регенерированная мозговая ткань, в том числе новые нейронные сети — результат, который ранее не наблюдался. Мыши с новыми нейронами также показали улучшенное моторное поведение, хотя точный механизм не был ясен.

«У нас есть кое-что, что работает, и мы надеемся, что теперь мы можем выяснить механизмы для этого улучшения, потому что это то, что приводит к новому проектированию», — говорит Сегура. «Если вы можете обнаружить, какие пути вызывают улучшения, то есть молекулы, которые вы можете доставить, чтобы задействовать эти пути более напрямую и, надеюсь, привести к терапии, которая будет действовать быстрее и надежнее»./P>

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *