Сокращающиеся человеческие мышцы «в пробирке»

Исследователи из университета Дюка, работающие под руководством адъюнкт-профессора Ненада Бурсака (Nenad Bursac), вырастили в лабораторных условиях миниатюрные скелетные мышцы человека, способные не только сокращаться, но и адекватно реагировать на внешние стимулы, такие как электрические импульсы, биохимические сигналы и фармакологические препараты. Это достижение может вывести на новый уровень разработку лекарственных препаратов и изучение заболеваний мышечной ткани.

Микрофотография выращенных в лабораторных условиях пучков мышечных волокон человека.
Окраска позволяет видеть характерную структуру, представленную мышечными волокнами
и ассоциированными с ними белками (красного цвета).

На начальном этапе исследования авторы взяли образец частично дифференцированных человеческих клеток, которые уже утратили свойства стволовых, но еще не превратились в мышечные клетки. Эти миогенные клетки-предшественники культивировали в лабораторных условиях до увеличения популяции более чем в 1000 раз. После этого их поместили в трехмерный каркас, заполненный содержащим питательные вещества гелем.

Это позволило клеткам сформировать расположенные параллельно друг другу функционирующие мышечные пучки.

Два выращенных в лабораторных условиях пучка мышечных волокон растянуты в прямоугольной рамке, погруженной в питательную среду.

Проведенный авторами комплекс тестов подтвердил схожесть полученных клеток с мышечными клетками живого организма. Клетки сильно сокращались в ответ на электрические импульсы.

Более того, они адекватно реагировали на ацетилхолин, изменение концентрации ионов кальция и другие сигнальные механизмы, используемые нервной системой для активации мышц.

Эксперименты с различными фармакологическими препаратами, в том числе кленбутеролом – отпускаемым без рецепта препаратом для улучшения физической формы спортсменов, – продемонстрировали пригодность новых клеток для проведения доклинических испытаний новых лекарственных препаратов.

Наблюдаемые при этом реакции соответствовали происходящему в организме человека. В ответ на действие различных препаратов проявлялись дозозависимые гипертрофия или токсическая миопатия, подобные наблюдаемым в клинических условиях.

Одной из целей работы авторов является предоставление пациентам персонализированной медицинской помощи посредством выделения небольшого образца ткани, выращивания мышечных клеток в лабораторных условиях и подбора оптимального метода лечения. Для реализации этой цели они уже начали совместную с клиницистами работу, в рамках которой проводится сопоставление эффективности препаратов при лечении пациентов с реакциями клеток, выращенных в лабораторных условиях.

Они также работают над методикой выращивания сокращающихся мышечных клеток из индуцированных плюрипотентых стволовых клеток. Это позволит работать с пациентами, заболевания которых затрудняют получение биопсийного материала мышечной ткани, например, страдающих миодистрофией Дюшенна.

Статья Lauran Madden et al. Bioengineered human myobundles mimic clinical responses of skeletal muscle to drugs опубликована в открытом доступе в журнале eLife.

Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Duke University:
First Contracting Human Muscle Grown in Laboratory.

14.01.2015