Mikrowątki pomagają rozwijać nowe mięśnie

Naukowcy naprawili duże rany mięśniowe u myszy poprzez hodowanie i wszczepianie mikronitek pokrytych ludzkimi komórkami mięśniowymi. Wydaje się, że mikronitki — wykonane z tego samego materiału, który powoduje powstawanie skrzepów krwi — pomagają komórkom rosnąć we właściwej orientacji, co jest niezbędne do odbudowy działającej tkanki mięśniowej.

Regeneracja mięśnia: Cienkie jak włosy nici, takie jak te pokazane tutaj, zostały zaszczepione komórkami mięśniowymi i wszczepione w rany, aby pomóc leczyć mięśnie u myszy.

Postawiamy hipotezę, że komórki migrują wzdłuż tych rusztowań, które działają jak kanał, mówi George Pins , profesor nadzwyczajny bioinżynierii w Worcester Polytechnic Institute. Piny opracowały technologię mikronitek. Wszczepione komórki szybko integrują się z istniejącym mięśniem i redukują powstawanie blizn. Komórki rosną w przestrzeni, w której kiedyś znajdowały się mięśnie, ale rosną w sposób sterowany.

Obecnie lekarze niewiele mogą zrobić, gdy ktoś dozna poważnego urazu mięśnia, na przykład w wypadku samochodowym lub eksplozji. W ranie mogą tworzyć się grube pasma tkanki bliznowatej, powodując poważne i trwałe uszkodzenie mięśnia.

Naukowcy opracowują liczne podejścia do tworzenia mięśni zastępczych, w tym hodowanie płatów komórek w naczyniu, wstrzykiwanie komórek macierzystych do uszkodzonego mięśnia i wszczepianie rusztowań z zaszczepionymi komórkami, zaprojektowanych tak, aby naśladować tkankę natywną. Chociaż wszystkie te wysiłki są obiecujące w przypadku niektórych zastosowań, jednym z głównych wyzwań jest wyhodowanie wystarczającej liczby komórek o prawidłowej strukturze, aby leczyć duże rany mięśniowe.

Wyrównanie mięśni jest bardzo ważne, mówi Kevin Kit Parker , bioinżynier z Uniwersytetu Harvarda, który nie był zaangażowany w badania. Chcesz, aby sarkomery [podstawowa jednostka funkcjonalna mięśni] były wyrównane, w ten sposób uzyskujesz skurcze mięśni.

Piny i jego współpracownicy, w tym Strona Ray , adiunkt w Instytucie Bioinżynierii WPI, ma na celu rozwiązanie tego problemu poprzez hodowlę komórek wzdłuż mikrowątków. Te cienkie jak włos pasma są wykonane z fibryny, polimeru białkowego, którego organizm używa do inicjowania gojenia się ran i będącego powszechnym składnikiem inżynierii tkankowej. Aby stworzyć mikronici, naukowcy jednocześnie wytłaczają fibrynogen, element budulcowy fibryny, oraz trombinę, enzym katalizujący rozpuszczalne białka fibrynogenu w polimer, z dwóch małych probówek. (Mikrowątki są również badane pod kątem innych zastosowań, takich jak wzrost płatów mięśnia sercowego w celu naprawy uszkodzeń po zawale serca).

Do nici wysiano ludzkie komórki mięśniowe pochodzące z tkanki odrzuconej podczas zabiegu chirurgicznego. Przed wysiewem, zespół Page'a hodował komórki w warunkach, które zmusiły je do odróżnicowania – lub do stania się bardziej młodymi, mniej wyspecjalizowanymi komórkami – co z kolei sprawiło, że były lepiej zdolne do regeneracji.

Aby przetestować tę technologię na myszach, naukowcy wycięli około 30 procent mięśnia piszczelowego przedniego, który znajduje się z przodu dolnej części nogi. Następnie wszczepili do rany mikronitki z zaszczepionymi komórkami. (Średnica nici, około 50 do 100 mikronów, jest od pięciu do 10 razy większa od wielkości komórek.)

Naukowcy uważają, że rusztowanie fibrynowe wysyła sygnały sygnalizacyjne, które naśladują naturalne gojenie się ran, wiążąc się z czynnikami wzrostu i innymi cząsteczkami znajdującymi się w skrzepach krwi. Przyciąga również enzym, który rozkłada fibrynę, uwalniając białka fibrynogenu, które sygnalizują otaczającym komórkom migrację i wzrost nowej tkanki, mówi Pins.

Okazało się, że komórki zintegrowały się z tkanką gospodarza w ciągu zaledwie kilku dni. Po tygodniu mikronitki zaczęły ulegać degradacji, a naukowcy zauważyli, że włókna mięśniowe wrosły w pozostawiony obszar. Po 10 tygodniach łożysko rany było pełne ludzkich komórek, które wyglądały jak dojrzałe włókna mięśniowe. Strona zaprezentowała badania w bioinżynierii sympozjum w WPI na początku tego miesiąca.

Naukowcy próbują teraz ustalić, czy nowa tkanka zachowuje się jak normalny mięsień. Wczesne dowody sugerują, że implanty pobudziły również wzrost natywnych komórek mięśniowych, chociaż Page twierdzi, że nadal muszą to potwierdzić.

Ponadto myszy, którym wszczepiono mikronici, miały znacznie mniej tkanki bliznowatej niż zwierzęta pozostawione do samodzielnego leczenia. Mikronitki radykalnie zmniejszyły ilość kolagenu (głównego składnika tkanki bliznowatej) odkładającego się w obszarze rany, mówi Page. Zamiast kolagenu widzimy dużo [dobrze zorganizowanej] tkanki mięśniowej.

Page mówi, że podczas gdy inni naukowcy byli w stanie naprawić mięśnie do pewnego stopnia, technologia WPI wyleczyła znacznie większy obszar urazu niż poprzednie badania. Może to wynikać z tego, że mikronitki pomagają rozwiązać jedno z głównych wyzwań związanych z hodowaniem większych połaci nowej tkanki – pozyskiwanie odpowiedniego dopływu krwi, niezbędnego do przetrwania komórek. Jednym z powodów, dla których chcieliśmy zbadać mikronitki, było przekonanie, że przestrzeń między nitkami dałaby miejsce na tworzenie się układu naczyniowego i wzrost komórek mięśniowych, mówi Page.

Parker z Harvardu, który rozwija mięsień sercowy przy użyciu jeszcze mniejszych włókien, zgadza się z tym, dodając, że niewiele osób zajmujących się inżynierią tkankową stosuje takie podejście. Jeśli włożę tam solidny kawałek mięsa, ośrodek stanie się niedotleniony [lub niedotleniony], mówi Parker. Jeśli zostawię przestrzeń między komórkami, łatwiej będzie rekrutować lokalne naczynia krwionośne.

ukryć