“人造肌肉”修復(fù)受損組織 肌肉疾病有望迎來新療法

近日，在一項發(fā)表于Cell Stem Cell期刊的研究中，由約翰·霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊在體外培養(yǎng)出能自我更新的人類肌肉干細(xì)胞，并利用這類細(xì)胞在小鼠體內(nèi)成功修復(fù)受損的肌肉組織。這一突破為治療人類的肌肉損傷及肌肉減少癥指出了潛在的方向。

為了制備這種自我更新的干細(xì)胞，研究團隊以實驗室培養(yǎng)的人類皮膚細(xì)胞為起點，通過基因編輯將這些細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)楦嫉恼T導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPS細(xì)胞），它們具有演變?yōu)轶w內(nèi)任意細(xì)胞的潛力。

事實上，科學(xué)家早已能夠在實驗室中將iPS細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)槠つw細(xì)胞、腦細(xì)胞等多種不同的細(xì)胞。但更加困難的問題在于，如何讓iPS細(xì)胞變?yōu)槟茏晕腋碌奶囟ㄆ鞴俚母杉?xì)胞。

為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，在最新研究中，作者使用富含營養(yǎng)物質(zhì)及標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞生長因子與的培養(yǎng)基，將iPS細(xì)胞誘導(dǎo)為肌肉干細(xì)胞。

隨后，研究團隊在小鼠實驗中，檢驗了這種新培養(yǎng)出的細(xì)胞在活體動物中如何遷移，以及能否修復(fù)受損組織。

當(dāng)他們將新培養(yǎng)的肌肉干細(xì)胞注射至小鼠的肌肉中，這些干細(xì)胞會移動到肌肉的干細(xì)胞龕（niche）中，這里正是小鼠自身的肌肉干細(xì)胞聚集的區(qū)域。這些干細(xì)胞在這一區(qū)域停留了至少4個月。

▲小鼠肌肉的圖像：綠色為一種肌肉干細(xì)胞蛋白；紅色為人類特有的層粘連蛋白A/C（圖片來源：Sunny Sun）

這些干細(xì)胞能否起到修復(fù)受損組織的作用？作者使用了兩種不同的手段來驗證這一問題。

首先，作者將肌肉干細(xì)胞注射進(jìn)基因編輯小鼠體內(nèi)，這些小鼠缺少正常的免疫系統(tǒng)，因此可以避免移植的細(xì)胞造成免疫排斥。隨后，這些小鼠被暴露在造成肌肉降解的毒素和輻射中，從而清除體內(nèi)已有的肌肉干細(xì)胞。

研究者發(fā)現(xiàn)，在肌肉組織的毒素和輻射損傷部位，移植的肌肉干細(xì)胞發(fā)育成為成肌細(xì)胞，它們?nèi)诤喜l(fā)育成正常肌肉中的微纖維，從而成功修復(fù)肌肉損傷。他們還發(fā)現(xiàn)，一些移植的肌肉干細(xì)胞遷移到干細(xì)胞龕之后，與小鼠自身的肌肉干細(xì)胞行為相似。

▲最新研究的實驗設(shè)計示意圖（圖片來源：參考資料[1]）

而在第二項驗證實驗中，研究者將肌肉干細(xì)胞移植至另一種基因編輯小鼠體內(nèi)。這些小鼠調(diào)控肌營養(yǎng)不良蛋白的基因發(fā)生了突變，因此會患上杜氏肌營養(yǎng)不良癥。

研究團隊發(fā)現(xiàn)，移植的肌肉干細(xì)胞遷移到肌肉的干細(xì)胞龕區(qū)域。在為期數(shù)月的實驗中，接受了移植的小鼠在滾輪測試中，跑動速度是未接受移植的小鼠的兩倍，反映了更強的肌肉強度。

注：原文有刪減

參考資料：

[1] Congshan Sun et al, Human pluripotent stem cell-derived myogenic progenitors undergo maturation to quiescent satellite cells upon engraftment, Cell Stem Cell (2022). DOI: 10.1016/j.stem.2022.03.004

[2] Lab grown, self-sustainable muscle cells repair muscle injury and disease, mouse study shows. Retrieved Apr 20th ,2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/950288