Исследование может иметь потенциал для будущей терапии пациентов с хроническими мышечно-дегенеративными заболеваниями.
Проведенное в University of Colorado at Boulder исследование показало, что трансплантация специфического типа стволовых клеток в мышцы ног у мышей предотвращает возрастные ухудшения мышечных функций и снижение мышечной массы, что потенциально можно будет использовать для лечения пациентов с хроническими мышечно-дегенеративными заболеваниями.
Эксперименты показали, что когда молодым мышам с повреждениями мышц конечностей были инъецированы мышечные стволовые клетки молодых мышей-доноров, эти клетки не только восстанавливали поврежденные мышцы в течение нескольких дней, но и вызывали удвоение массы обработанных мышц и сохраняли этот эффект на протяжении всей жизни обработанных мышей. «Это был волнующий и неожиданный результат» — говорит Professor Bradley Olwin из департамента молекулярной и клеточной биологии и биологии развития CU-Boulder, соавтор исследования.
Мышечные стволовые клетки были обнаружены в популяциях «сателлитных» клеток, находящихся между мышечными волокнами и окружающей соединительной тканью, и ответственных за восстановление и формирование скелетных мышц, говорит Olwin. Исследователи трансплантировали от 10 до 50 стволовых клеток вместе с прикрепленными миофибриллами — являющимися отдельными мышечными клетками — от мышей доноров мышам с повреждениями.
«Мы обнаружили, что трансплантированные стволовые клетки постоянно изменяют трансплантированные мышцы и замедляют их старение, поддерживая силу и массу» — продолжает Olwin.
Olwin говорит, что новые находки, несмотря на то, что весьма интригущи, всего лишь первый шаг в понимании того, как такие исследования смогут однажды стать применимы для лечения людей.
Стволовые клетки отличаются способностью самообновляться посредством клеточного деления и дифференцироваться в специализированные типы клеток. В здоровой мышечной ткани популяция сателлитных стволовых клеток постоянно обновляется, говорит Olwin.
«В этом исследовании мы увидели, что признаки старения мышц попросту не проявлялись» — говорит Olwin. «Трансплантированный материал как бы давал толчок стволовым клеткам к более активному самообновлению, по существу беря производство мышечных клеток. Однако исследователи обнаружили, что когда трансплантируемы стволовые клетки с сопуствующими миофибриллами были инъецированы в здоровые мышцы конечностей мышей, не было явно видимой тенденции к росту мышечной массы».
«То, в какую среду ин’ецируются стволовые клетки — очень важно, поскольку это говорит о том, что если есть повреждения, то клетки реагируют уникальным способом» — продолжает Olwin «Мы пока не знаем, почему трансплантируемыe нами клетки не реагируют на среду вокруг них так же, как те клетки, что уже там находятся. Это удивительно, и нам необходимо в этом разобраться».
Перед началом эксперимента исследователи полагали, что увеличение мышечной массы в поврежденных мышцах у подопытных мышей сойдет на нет в течение нескольких месяцев. Вместо этого клетки увеличись на 50% по массе и на 170% по размерам и оставались такими в течение всей жизни подопытных мышей — около 2-х лет — добавляет Olwin.
В процессе эксперимента стволовые клетки и миофибриллы были изъяты у трехмесячных мышей, культивированы в течение непродолжительного времени, и затем трансплантированы трехмесячным мышам с временно индуцированными посредством инъекций хлорида бария повреждениям мышц ног. «Когда эти мышцы были исследованы по прошествии двух лет, мы обнаружили, что процедура навсегда изменила пересаженные клетки, сделав их устойчивыми к процессам старения мышц» — говорит Olwin.
«Это свидетельствует о значительном распространении этих стволовых клеток после трансплантации» — продолжает Olwin. К счастью, исследователи не увидели роста опухолей у подопытных мышей несмотря на быстрый, более активный рост и производство мышечных стволовых клеток.
В процессе эксперимента исследователи использовали зеленый флуоресцентный белок — светящийся в ультрафиолетовом свете — для маркировки донорских клеток у подопытных мышей. Эксперимент показал, что многие трансплантированные клетки неоднократно сливались с миофибриллами, и что происходит существенное увеличение количества сателлитных клеток у мышей-реципиентов.
«Мы ожидали, что клетки войдут, населят поврежденные мышцы, восстановят повреждения и рассеются» — говорит Olwin «Было большим сюрпризом, когда этого не произошло».
«Мы надеемся, что однажды мы сможем найти составы, или комбинации составов, которые можно будет применять к эндогенным мышечным клеткам человека для имитации ими поведения трансплантированных клеток» — добавляет Olwin. «Это снимет необходимость в трасплантации клеток, снизит риск и упростит лечение».
Однако, как отмечает Olwin, следует помнить, что исследователи трансплантировали не молодые клетки в старые мышцы, а молодые клетки в молодые же мышцы.
Это исследование имеет значение для целого ряда болезней человека. В мышечной диастрофии, например, отсутствует протеин дистрофин, что приводит к тому, что мышцы буквально рвут себя на части, и не могут быть восстановлены без применения введения клеток. Хотя ин’ецированные клетки будут восстанавливать поврежденные мышечные волокна, поддержка мышечных волокон потребует дополнительных ин’екций клеток.
«Прогрессивное истощение мышц наблюдается при многих нервномышечных заболеваниях и при мышечных дистрофиях» — говорит Olwin «Усиление регенeративных процессов в мышцах пациентов может иметь существенный эффект при старении и при заболеваниях, улучшая качество жизни и, возможно, мобильность».
Olwin говорит также, что исследователи начинают эксперименты для выяснения, будет ли трансплантация мышам стволовых клеток от людей или крупных животных иметь такой же эффект, какой наблюдался в недавних экспериментах с мышами «Если будут получены положительные результаты, можно будет ожидать, что трансплантация человеческих мышечных стволовых клеток возможна».