Биомедицинские инженеры из Университета Дьюка обнаружили критически важный компонент для роста самовосстанавливающихся мышечных тканей из взрослых мышц – иммунную систему. Ожидается, что это открытие на мышах сыграет важную роль в изучении дегенеративных мышечных заболеваний и увеличении выживаемости искусственно созданных тканевых трансплантатов в будущих приложениях клеточной терапии.
После мышечной травмы на месте происшествия появляется один класс макрофагов, чтобы очистить оставшиеся обломки, усилить воспаление и стимулировать другие части иммунной системы. Одна из привлекаемых ими клеток – это макрофаг второго типа, получивший название M2, который уменьшает воспаление и способствует восстановлению тканей. Хотя эти противовоспалительные макрофаги раньше использовались в терапии для лечения мышц, они никогда не были интегрированы в платформу, нацеленную на рост сложных мышечных тканей за пределами тела.
Джухасу потребовалось несколько дополнительных месяцев работы, чтобы выяснить, как включить макрофаги в систему. Но как только он это сделал, результаты резко изменились. Новые мышечные ткани не только лучше работали в лаборатории, но и работали лучше при пересадке живым мышам.
"Когда мы повреждали сконструированную нами взрослую мышцу токсином, мы не увидели функционального восстановления, и мышечные волокна не восстановились," сказал Бурзак, который является содиректором инициативы Duke’s Regeneration Next. "Но после того, как мы добавили макрофаги в мышцу, у нас был вау-момент. Мышца выросла за 15 дней и сократилась почти так же, как до травмы. Это было действительно замечательно."
Успех, по-видимому, связан в первую очередь с действием макрофагов, защищающих поврежденные мышечные клетки от апоптоза – запрограммированной гибели клеток. В то время как новорожденные мышечные клетки естественным образом сопротивляются побуждению бросить полотенце, взрослым мышечным клеткам нужны макрофаги, чтобы помочь им преодолеть первоначальное повреждение, не приводя к гибели клеток. Эти выжившие мышечные волокна затем обеспечивают "строительные леса" для мышечных стволовых клеток, чтобы они могли выполнять свои регенеративные функции.
Бурзак считает, что это открытие может привести к новому направлению исследований потенциальных регенеративных методов лечения. Согласно популярной теории, ткани плода и новорожденного намного лучше заживают, чем ткани взрослого человека, по крайней мере, отчасти из-за первоначального запаса резидентных в ткани макрофагов, которые похожи на макрофаги M2. По мере того как люди стареют, этот исходный запас макрофагов заменяется менее регенерирующими и более воспалительными макрофагами, поступающими из костного мозга и крови.
"Мы считаем, что макрофаги в нашей инженерной мышечной системе могут вести себя больше как макрофаги, расположенные в мышцах, с которыми рождаются люди," сказал Бурзак. "В настоящее время мы работаем над тем, чтобы понять, так ли это на самом деле. Тогда можно было бы представить себе «обучение» макрофагов, чтобы они могли стать лучшими целителями в такой системе, как наша, или их усиление за счет генетических модификаций, а затем имплантация их в поврежденные участки у пациентов."
Эта работа, конечно, еще впереди. Хотя это исследование также показало, что человеческие макрофаги способствуют заживлению выращенных в лаборатории мышц крыс, а отдельная работа в группе Бурсака позволила вырастить сложные человеческие мышцы, содержащие макрофаги, пока нет хорошей лаборатории или животной системы, чтобы проверить регенеративные способности этого подхода. может иметь у людей.
"Создание платформы для проверки этих результатов на искусственных тканях человека – следующий очевидный шаг," сказал Бурзак. "В том же ключе мы хотим лучше понять потенциальную роль, которую макрофаги внутри сконструированной мышцы играют в ее васкуляризации и иннервации после имплантации. Мы надеемся, что наш подход по дополнению выращенных в лаборатории мышц клетками иммунной системы окажется общей стратегией увеличения выживаемости и функции других тканей, выращенных в лаборатории, в будущих методах регенерации."