Биоинженеры из университета Дьюка (Duke University) вырастили жизнеспособную скелетную мышцу в лаборатории.

Мышца не только выглядит, как реальная, но и быстро интегрируется в организм живой мыши, а также демонстрирует необыкновенную способность к самовосстановлению как в лабораторных условиях, так и внутри животного. Развитие мышцы внутри тела грызуна было изучено в режиме реального времени.

В течение многих лет команда, возглавляемая профессором биомедицинской инженерии Ненадом Бурсаком (Nenad Bursac) и его аспирантом Марком Юхасом (Mark Juhas), совершенствовала свою технологию.

Учёные поняли, что

для получения идеальной мышцы понадобится изготовить две вещи: хорошо развитые сокращающиеся мышечные волокна и одноядерные стволовые клетки мышечной ткани, известные как сателлитные.

Отметим, что каждая мышца имеет клетки-сателлиты, готовые активироваться после повреждения волокон и начать процесс регенерации. Основное достижение команды биоинженеров в том, что им удалось разработать специальную микросреду − ниши внутри мышцы, где эти стволовые клетки ждут своего часа.

При необходимости они начинают восстанавливать структуру и функции повреждённой мускулатуры.

Рис. 1. Нити мышечного волокна были окрашены флуоресцентными веществами в яркие цвета, для того чтобы было легче следить за их ростом после имплантации в организм мыши (фото Duke University).

Сначала искусственная мышца подверглась серии испытаний в лабораторных условиях. Учёные стимулировали её электрическими импульсами, измеряя её сокращения (которые, к слову, оказались в 10 раз интенсивнее, чем у предыдущих биоинженерных мышц). Затем они повредили её токсином из змеиного яда, чтобы доказать: сателлитные клетки могут активироваться, размножаться и успешно лечить травмированные мышечные волокна.

Рис. 2. Разрушение и последующее восстановление биоинженерных мышечных волокон (фото Duke University).

С помощью Грега Палмера (Greg Palmer), доцента кафедры радиационной онкологии, команда имплантировала выращенные в лабораторных условиях мышцы в небольшие «камеры», размещённые на спинах живых мышей. Затем «камеры» были покрыты прозрачными панелями, через которые исследователи могли следить за развитием тканей.

Каждые два дня в течение двух недель Юхас следил за имплантированными мышцами. Со временем генетически модифицированные мышечные волокна окрепли (это исследователи поняли, так как оснастили их люминесцентными бляшками, которые стали светиться ярче).

«Мы смогли в реальном времени наблюдать, как кровеносные сосуды проросли в имплантированные мышечные волокна», – рассказывает Юхас.

В настоящее время инженеры готовятся начать новую работу, которая может занять несколько последующих лет. Они планируют проверить, есть ли у их искусственной мышцы потенциал для использования при восстановлении физических травм и мышечных заболеваний.

«Мышцы, которые мы изготовили − важный шаг на пути разработки развивающейся и жизнеспособной мышечной ткани. Это должно помочь в будущем для изучения заболеваний и лечения травм, – говорит профессор Бурсак. – Впервые нам удалось создать инженерную мышцу, почти полностью аналогичную настоящей скелетной мышечной ткани новорожденного организма».

Подробности исследования были опубликованы в издании PNAS Early Edition.