Восстановление мышц с помощью стволовых клеток

Ученые делали инъекции стволовых клеток-предшественниц мышечной ткани, полученных из мышцы молодой мыши-донора, мыши-реципиенту такого же возраста, имеющей повреждение мышц конечностей. Результаты исследования показали, что мышечные стволовые клетки не только восстанавливают поврежденную мышцу, но и удваивают ее массу. Результаты сохраняются в течение всей жизни мыши-реципиента.

«Мы получили неожиданные и очень интересные результаты. Стволовые клетки известны своей способностью поддерживать численность собственной клеточной популяции путем деления, а также способностью дифференцироваться в специализированные типы клеток. Мышечные стволовые клетки находятся среди популяции так называемых клеток-сателлитов или клеток-спутниц, располагающихся между мышечными волокнами и соединительной тканью. Их функция – восстановление поврежденной в результате травмы или болезни мышечной ткани, а также поддержание гомеостаза в мышечной ткани. В скелетных мышцах здорового организма всегда есть популяция клеток-сателлитов», - рассказывает руководитель работы, профессор Брэдли Олвин (Bradley Olwin).

Ученые вводили в мышцы мышей-реципиентов от 10 до 50 донорских стволовых клеток вместе с миофибриллами, которые необходимы для сокращения мышечной клетки. Стволовые клетки и миофибриллы получали от трехмесячных мышей-доноров. После непродолжительного культивирования клеток и миофибрилл они трансплантировались трехмесячной мыши-реципиенту, у которой посредством внутримышечной инъекции хлорида бария была частично разрушена мышца конечности.

«Мы ожидали, что стволовые клетки после трансплантации увеличат свою популяцию, восстановят поврежденную мышечную ткань, а затем погибнут. Но наши предположения не оправдались, - признается Олвин. – Введенные стволовые клетки постоянно делились, снижая скорость старения мышцы после трансплантации, а также сохраняли мышечную силу и массу. До оценки результатов эксперимента мы считали, что увеличенная мышечная масса поврежденной конечности мыши-реципиента вернется к первоначальным значениям в течение нескольких месяцев. Вместо этого мышечная масса поврежденной конечности увеличилась на 50%, а ее объем возрос на 170%. Эти изменения сохранились до конца жизни мыши-реципиента, продолжавшейся около двух лет».

Ученые метили донорские стволовые клетки зеленым флуоресцентным белком, светящимся в ультрафиолетовом свете. Оказалось, что в организме мыши-реципиента трансплантированные клетки сливались с мышечными волокнами, а число клеток-сателлитов резко возрастало. Несмотря на активное деление и рост мышечных стволовых клеток, злокачественные новообразования в организме мышей обнаружены не были.

«Наше исследование впервые демонстрирует возможность применения подобной технологии в области здравоохранения. Результаты исследования также могут быть использованы для создания методов лечения пациентов с хроническими дегенеративными заболеваниями мышц, например, больных мышечной дистрофией. У больных мышечной дистрофией нарушена функция белка под названием дистрофин, в результате чего мышцы разрушаются. Лечение больных мышечной дистрофией должно включать клеточную трансплантацию, что позволит введенным клеткам восстановить мышечные волокна. Для поддержания результатов лечения потребуется проведение дополнительных инъекций. Оптимизация восстановительных процессов в мышечной ткани оказала бы положительное воздействие на состояние больных нейромышечными заболеваниями и замедлила бы процесс старения мышечной ткани. Этот метод повысит качество жизни больных и, возможно, увеличит их двигательную активность. Продолжение начатого исследования позволит разработать методы, направленные на сохранение мышечной массы, ее силы при старении человеческого организма. В задачи нашего исследования не входило наблюдение за старением мышц. Очевидно, трансплантированные клетки повышали способность стволовых клеток реципиента к самообновлению. При введении стволовых клеток вместе с миофибриллами в здоровую мышцу мыши мышечная масса не увеличилась. Это доказывает, что именно при введении стволовых клеток в зону повреждения они проявляют уникальные свойства. До сих пор непонятно, почему трансплантированные в здоровую ткань клетки не ведут себя точно также, как в зоне повреждения. Необходимо провести дополнительные исследования, чтобы понять эту особенность стволовых клеток», - говорит Олвин.

Ученые под руководством профессора Олвина уже начали эксперименты по трансплантации мышам мышечных стволовых клеток, полученных от человека или крупных животных. В исследовании будет установлено, будут ли сохраняться обнаруженные эффекты при трансплантации ксеногенных (полученных от другого вида) клеток в поврежденную мышцу мыши.

«Если результаты наших экспериментов будут положительными, это докажет возможность трансплантации мышечных стволовых клеток человеку. Надеюсь, однажды мы создадим небольшие молекулы или молекулярные соединения, которые можно будет ввести в эндогенную мышечную стволовую клетку человека, чтобы сымитировать поведение трансплантированных клеток. Это позволит отказаться от трансплантации аллогенных клеток, что значительно уменьшит риск возникновения осложнений клеточной трансплантации», - считает Олвин.

По материалам:
University of Colorado at Boulder

Оригинальная статья:
Hall J.K. et al. Prevention of Muscle Aging by Myofiber-Associated Satellite Cell Transplantation. Science Translational Medicine, 2010; 2 (57): 57ra83 DOI: 10.1126/scitranslmed.3001081