Nova metoda omogućava da se velike količine mišićnih matičnih ćelija bezbedno dobiju u ćelijskoj kulturi. Ovo pruža potencijal za lečenje pacijenata sa mišićnim bolestima—i za one koji bi želeli da jedu meso, ali ne žele da ubijaju životinje.
Profesor ETH u Cirihu Ori Bar-Nur i njegov tim su uzgajali mišićne ćelije u laboratoriji. U ovom slučaju, to su ćelije miša, ali su istraživači zainteresovani i za ćelije čoveka i krave.
Ljudsko mišićno tkivo kultivisano u laboratoriji moglo bi da se koristi u hirurgiji, dok bi ljudske mišićne matične ćelije mogle da pomognu ljudima sa mišićnim oboljenjima; u međuvremenu, mišićno tkivo krava uzgojeno u laboratoriji moglo bi da revolucioniše mesnu industriju omogućavajući proizvodnju mesa bez potrebe za klanjem životinja.
Za sada, međutim, istraživanje ETH tima je fokusirano na optimizaciju generisanja mišićnih matičnih ćelija i njegovu bezbednost. Oni su sada u tome uspeli putem novog pristupa.
Kao i drugi istraživači u ovoj oblasti, naučnici sa ETH Ciriha koriste drugačiji, lakši za uzgoj tip ćelija kao početni materijal za stvaranje mišićnih ćelija – ćelija vezivnog tkiva.
Koristeći koktel malih molekula i proteina, oni molekularno „reprogramiraju“ ove ćelije, pretvarajući ih na taj način u mišićne matične ćelije, koje se zatim brzo umnožavaju i proizvode mišićna vlakna.
„Ovaj pristup nam je omogućio da proizvedemo velike količine mišićnih ćelija“, objašnjava Džem Kabrati, doktorant u grupi Bar-Nur i jedan od dva glavna koautora ove studije. „Iako se mišićne ćelije takođe mogu uzgajati direktno iz mišićnih biopsija, ćelije imaju tendenciju da izgube svoju funkcionalnost nakon izolacije, što čini izazovnim za proizvodnju velikih količina ćelija.“
Važna komponenta korišćenog koktela—i centralni katalizator za transformaciju ćelija—je protein MioD. Ovo je faktor transkripcije koji reguliše aktivnost određenih mišićnih gena u ćelijskom jezgru. MioD nije normalno prisutan u ćelijama vezivnog tkiva. Pre nego što se ove ćelije pretvore u mišićne ćelije, naučnici moraju da ih nagovaraju da proizvode MioD u svom jezgru nekoliko dana.
Do sada su se istraživači okrenuli genetskom inženjeringu za ovaj proces. Koristili su virusne čestice da prenesu DNK plan za MioD protein u ćelijsko jezgro. Tamo virusi ubacuju ova uputstva za izgradnju u genom, omogućavajući ćelijama da proizvode MioD protein. Međutim, ovaj pristup nosi bezbednosni rizik. Naučnici ne mogu da kontrolišu gde tačno u genom virusi ubacuju ova uputstva. Ponekad se virusi integrišu u sredinu vitalnog gena, oštećujući ga, ili ovaj proces umetanja može dovesti do promena koje mogu izazvati formiranje ćelija raka.
Ovog puta, Bar-Nur i njegove kolege su koristili drugačiji pristup za isporuku MioD ćelijama vezivnog tkiva, inspirisani mRNA vakcinama za COVID-19. Umesto da koriste viruse za uvođenje DNK plana MioD gena, oni uvode transkript mRNK ovog gena u ćelije.
Pošto ovo ostavlja genom ćelija nepromenjenim, izbegavaju se negativne posledice povezane sa takvim promenama. IRNK i dalje omogućava ćelijama vezivnog tkiva da proizvode MioD protein, tako da – zajedno sa ostalim komponentama koktela koje su optimizovali ETH istraživači – mogu da se pretvore u mišićne matične ćelije i vlakna.
Istraživači su nedavno objavili svoj novi pristup u časopisu npj Regenerative Medicine. Oni su prvi koji su reprogramirali ćelije vezivnog tkiva u mišićne matične ćelije bez genetskog inženjeringa.
Mišićne ćelije proizvedene na ovaj način su takođe potpuno funkcionalne, što su istraživači pokazali u eksperimentima sa miševima koji pate od Duchenne mišićne distrofije. Kod ljudi, ova retka nasledna bolest ostavlja bolesnicima nedostatak proteina neophodnih za stabilnost mišića, što znači da doživljavaju progresivno trošenje mišića i paralizu.
Naučnici iz ETH Ciriha ubrizgali su nedefektne mišićne matične ćelije u mišiće Duchenne miševa sa mišićnom distrofijom koji nose ovaj defekt. Bili su u stanju da pokažu da zdrave matične ćelije formiraju popravljena mišićna vlakna u mišićima.
„Transplantacija mišićnih matičnih ćelija ove vrste mogla bi biti posebno korisna za pacijente sa uznapredovalim Duchenneom, koji su već ozbiljno pogođeni atrofijom mišića“, objašnjava Inseon Kim, drugi student doktorskih studija u grupi Bar-Nur i vodeći koautor ove studije. . Metoda je pogodna za proizvodnju velikih količina mišićnih matičnih ćelija potrebnih za ovu svrhu. Štaviše, činjenica da to radi bez genetskog inženjeringa i povezanih rizika čini ga privlačnim za potencijalnu buduću terapeutsku upotrebu kod ljudi.
Međutim, istraživači tek treba da prilagode svoj pristup ljudskim ćelijama; ovo je njihov sledeći korak. „Pored toga, želimo da istražimo da li je takođe moguće pretvoriti ćelije vezivnog tkiva u mišićne ćelije direktno u telu ubrizgavanjem MioD mRNA i drugih komponenti koktela u miševe pogođene bolestima mišića“, kaže Bar-Nur. I ovaj pristup bi jednog dana mogao pomoći ljudskim pacijentima.
Konačno, Bar-Nur i njegov tim bi želeli da ugrade svoja nova otkrića u svoj tekući rad sa ćelijama krava – još jedan istraživački tok u laboratoriji. Nadaju se da će ovaj metod pomoći trenutnim naporima da se uzgajaju životinjske mišićne matične ćelije za proizvodnju uzgojenog mesa, alternativne metode za proizvodnju mesa za konzumaciju.
