U svetu sa društvima koja brzo stare, postoji potreba za detaljnim razumevanjem uzroka i progresije bolesti povezanih sa starenjem. Skeletni mišići su ključni motorni sistem u ljudskom telu i igraju ključnu ulogu u regulaciji metabolizma tela. Sa starenjem, posebno kod osoba starijih od 80 godina, skeletni mišići pate od sarkopenije, progresivnog gubitka mišićne mase i funkcije.
Sarkopenija ne samo da povećava invaliditet pojedinca, već takođe igra ulogu u brzom opadanju opštih funkcija kod starijih osoba, čineći ih slabijim. Osnovni mehanizmi nisu dobro shvaćeni. Do sada, biološka osnova sarkopenije na nivou jedne ćelije nije bila sistematski istraživana.
Naučno-istraživački timovi sa Univerziteta Pompeu Fabra (UPF) u Barseloni (Španija), Altos Labs u San Dijegu (SAD), Univerziteta Valensija/INCLIVA i bolnice Arnau de Vilanova u Valensiji (Španija), BGI-Research, Prva pridružena bolnica u Guangdongu Farmaceutski univerzitet, Instituti za biomedicinu i zdravlje Guangdžou (Kineska akademija nauka) i druge institucije, analizirali su ekspresiju gena i epigenetski status 387.000 pojedinačnih ćelija u biopsijama mišića donjih ekstremiteta od 31 osobe različitog pola, starosti i regionalnog porekla.
Sa ovim podacima, oni su ocrtali najsveobuhvatniji jednoćelijski atlas starenja ljudskih skeletnih mišića do sada. Ova revolucionarna studija, „Multimodalni ćelijski atlas ostarelih ljudskih skeletnih mišića“, objavljena je u časopisu Priroda.
Ovu međunarodnu saradnju predvodili su dr Pura Munjoz-Kanoves, profesor istraživanja ICREA na Odeljenju za medicinu i nauke o životu na UPF-u u Barseloni, a sada glavni istraživač u Altos Labs Institutu za nauku u San Dijegu, i dr Migel. A. Esteban u BGI-Research u Šenženu.
„Kao do sada najiscrpniji atlas ljudskih mišića koji stare na nivou jedne ćelije, ova studija će biti referenca za oblasti starenja i sarkopenije i slabosti“, rekla je dr Pura Munjoz-Kanoves.
Ljudski skeletni mišići se uglavnom sastoje od mišićnih vlakana (miofibera), kojih postoje dva tipa.
Mišićna vlakna tipa 1 prvenstveno su uključena u fizičku aktivnost izdržljivosti, kao što je trčanje na duge staze ili vožnja bicikla. Karakteriše ih spora brzina mišićne kontrakcije, visok aerobni metabolizam i bogata aktivnost mitohondrija.
Mišićna vlakna tipa 2 su važna u fizičkim aktivnostima koje zahtevaju iznenadne navale snage kao što su skakanje, sprint i dizanje tegova. Imaju brže kontrakcije mišića, skloniji su umoru i uglavnom se oslanjaju na anaerobni metabolizam za proizvodnju energije.
Ovaj rad opisuje kako se populacije ćelija skeletnih mišića, uključujući i pojedinačna jezgra u multinuklearnim vlaknima i u konvencionalnim mononuklearnim ćelijama, menjaju sa starenjem, kao i višećelijske mreže koje su u osnovi ovih promena. Poredeći ove podatke sa genetskim podacima, tim je takođe uspeo da identifikuje ključne elemente koji predviđaju podložnost sarkopeniji.
Istraživači su otkrili da kako ljudi stare, mišićna vlakna tipa 2 stalno propadaju tokom procesa starenja, dok mišićna vlakna tipa 1 ostaju relativno stabilna i bolje tolerišu stres starenja. Tokom procesa starenja utiče i na ćelijski metabolizam. Dok vlakna tipa 1 postaju glikolitičnija, mišićna vlakna tipa 1 povećavaju oksidaciju. Važno je da se novi pro-regenerativni i pro-degenerativni podtipovi miofibera pojavljuju nakon starenja. Ove nove populacije mogu biti od ključnog značaja za izazivanje degenerativne kaskade starenja mišića i verovatne su mete za intervenciju.
Mišići se mogu sami popraviti. To uglavnom čine mišićne matične ćelije koje nakon povrede počinju da se razmnožavaju i diferenciraju u mišiće, stapajući se jedna sa drugom ili sa postojećim mišićnim vlaknima kako bi popravili oštećeni mišić. Istraživači su otkrili da ove matične ćelije izlaze iz stanja mirovanja u mišićima koji stare i ulaze u prerano prvobitno stanje, što rezultira smanjenim kapacitetom regeneracije.
U međuvremenu, tokom starenja, endotelne ćelije takođe prolaze kroz promene sa pojačanim proinflamatornim i hemotaktičkim signalima, dok se imune ćelije povećavaju u broju i pokreću inflamatorne programe. Ove promene čine mišiće podložnijim propadanju kao odgovoru na povredu i mogu podstaći sistemsku upalu i ubrzati pad ukupne fizičke funkcije kod starijih ljudi.
Pored toga, kroz unakrsno poređenje sa genetskim podacima, istraživači su identifikovali mesta specifična za ćelijski tip u hromatinu, mešavini DNK i proteina koji formiraju hromozome u ljudskim ćelijama, a koji su povezani sa osetljivošću na sarkopeniju. Ovi nalazi pružaju istraživačima potencijalne nove ciljeve za buduću dijagnozu i lečenje sarkopenije.
Dr Migel A. Esteban, jedan od dva ko-korespondenta autora ove studije, rekao je: „Naše zajedničko naučno istraživanje pruža novu perspektivu za razumevanje starenja ljudskih skeletnih mišića i uzbudljivu naučnu osnovu za razvoj preventivnih i terapijskih strategija. “
„Ovaj atlas je proizvod međunarodne saradnje i razvoja masovno paralelnih tehnologija profilisanja jedne ćelije“, rekao je dr Jivej Laj, prvi autor studije i član kineskog tima.
„Naša analiza ekspresije jednog jezgra omogućila je mogućnost proučavanja ćelijskih populacija koje se ne mogu okarakterisati konvencionalnim studijama, kao što su mionukleusi iz višenuklearnih vlakana skeletnih mišića“, rekao je Ignacio Ramirez-Pardo, jedan od prvih autora studije. , iz UPF i Altos Labs.
Drugi relevantni saradnici studije, dr Joan Isern, Eusebio Perdiguero i Antonio Serrano iz Altos Labs i UPF timova, poklopili su se u dodavanju da će „biti važno uporediti ovaj atlas starenja ljudskih mišića sa prethodnim atlasima ćelija neljudskih primata i od drugih vrsta, jer će pomoći u uspostavljanju adaptivnih poređenja među vrstama i predviđanju podložnosti bolesti.“
Lekari Mari Carmen Gomez-Cabrera i Hulio Domenech-Fernandez (sa Univerziteta u Valensiji/INCLIVA i bolnice Arnau de Vilanova u Valensiji, respektivno) istakli su da će „ovaj atlas takođe biti važna referenca za buduće studije kod pacijenata sa neuromišićnim oboljenjima“.
„Nadamo se da će ovo biti osnova mnogih naknadnih istraživanja za usporavanje ili čak blokiranje sarkopenije, slabljenja i propadanja mišića kod starijih ljudi, promovišući zdravije starenje tela za duže i produžavanje dugovečnosti“, rekla je dr Pura Munjoz-Kanoves.
Ova studija pokazuje važnost međunarodne saradnje i multidisciplinarnog timskog rada u rešavanju kritičnih naučnih izazova.
Daljnjim širenjem veličine uzorka i upotrebom uzoraka mišića iz drugih delova tela u različitim kontekstima, istraživački tim ima za cilj da izgradi sveobuhvatniji atlas kako bi poboljšao razumevanje mišićne funkcije i starenja mišića i ponudio optimizam u suočavanju sa izazovima sa kojima se suočava starenje društva.
