生物医学工程师从干细胞生长起来的人体肌肉

公爵工程师已经从非肌肉细胞中生长了第一功能的人体肌肉 - 在这种情况下，皮肤细胞恢复到它们的原始干细胞状态。使用非肌肉组织开始从细胞划痕开始的能力将使科学家们可以增长更远的肌肉细胞，提供更容易的基因组编辑和细胞疗法的途径，并在药物发现和基本生物学研究中制定稀有肌肉疾病的纯粹量身定制的模型。

生物医学工程师已经从诱导的多能干细胞中生长了第一功能的人骨骼肌。

Duke Univers Univers Univers University的研究人员在从肌肉活组织检查获得的细胞中延伸到2015年发布的工作提前建立。使用非肌肉组织开始从细胞划痕开始的能力将使科学家们可以增长更远的肌肉细胞，提供更容易的基因组编辑和细胞疗法的途径，并在药物发现和基本生物学研究中制定稀有肌肉疾病的纯粹量身定制的模型。

“从不肌肉细胞的多能干细胞开始，但可以成为我们身体中所有现有的细胞，使我们能够生长无限数量的肌源性祖细胞，”杜克大学生物医学教授的Nenad Bursac说。“这些祖细胞类似于成年肌肉干细胞，称为”卫星细胞“，从理论上可以从单个细胞中生长整个肌肉。”

在他们以前的工作中，Bursac和他的团队开始了从肌肉活检的人体细胞的小样本开始，称为“肌细胞”，它已经超出了干细胞阶段，但尚未成为成熟的肌肉纤维。它们通过许多折叠造成这些肌细胞，然后将它们放入填充有营养凝胶的支撑性3-D脚手架中，使它们允许它们形成对齐和功能的人肌纤维。

从诱导多能干细胞生长的肌纤维的横截面。绿色表示肌肉细胞，蓝色是细胞核，红色是细胞的周围支持基质。

在新研究中，研究人员代替人类诱导的多能干细胞。这些是从成年肌肉组织中取出的细胞，例如皮肤或血液，并重新编程以恢复原始状态。然后生长多能干细胞，同时用称为pax7的分子淹没 - 这使得细胞开始变成肌肉。

由于细胞增殖，因此它们变得非常相似，但不是与成人肌肉干细胞的不太稳健。虽然以前的研究完成了这一壮举，但没有人能够将这些中间细胞生长成功能性骨骼肌。

Duke研究人员成功了之前尝试失败的地方。

“已经采取了多年的审判和错误，使受过教育的猜测和培养婴儿步骤最终从多能干细胞产生功能性的人体肌肉，”Bursac的实验室博士后研究人员Lingjun Rao说，并进行了第一个研究员。“差异是我们独特的细胞培养条件和3-D矩阵，它允许细胞生长和发展得比更常用的2-D培养方法更快，更长。”

一旦细胞良好地在肌肉变为肌肉，Bursac和Rao就停止了Pax7信号分子，并开始给细胞的支持和营养完全成熟。

在研究中，研究人员显示，在3-D培养的两到四周后，所得到的肌肉细胞形成肌肉纤维，该肌纤维合同并反应外部刺激，例如模仿原生肌肉组织的电脉冲和生物化学信号。它们还将新生长的肌肉纤维植入成人小鼠，并显示它们在通过血管化逐渐整合到天然组织中的至少三个星期的生存和起作用。

然而，由此产生的肌肉不如天然肌肉组织那么强，并且也缺乏从肌肉活组织检查开始的前一项研究中生长的肌肉。尽管这是警告，但研究人员表示，这种肌肉仍然具有更强的较大的相对态度。

新肌纤维的染色横截面。红细胞是肌肉细胞，绿色区域是神经元输入的受体，蓝色斑块是细胞核。

多能干细胞衍生的肌肉纤维发育“卫星状细胞”的储存器，这对于正常的成年肌肉来修复损伤是必需的，而前一项研究的肌肉则较少的这些细胞。干细胞法也能够从较小的起始批料中生长多种细胞而不是活检方法。

两者都有可能使用这种新方法进行再生疗法，并为未来的研究创造罕见疾病的模型，并缺乏医疗保健。

“研究罕见疾病的前景对我们来说特别令人兴奋，”Bursac说。“当孩子的肌肉已经萎缩了Duchenne肌营养不良症等东西时，饲养肌肉样品并不是造成进一步的伤害。但是通过这种技术，我们可以只服用一个小肌肉组织样本，如皮肤或血液，将所得细胞还原为多能状态，最终生长无限量的功能肌纤维以测试。“

该技术还拥有应与遗传疗法相结合的承担。在理论上，研究人员可以解决衍生自患者的诱导多能干细胞中的遗传发生故障，然后生长一小块完全健康的肌肉。虽然这无法治愈或取代整个身体的患病肌肉，它可以与更广泛的遗传疗法串联使用或愈合更局部的问题。

研究人员现在彻底改善了他们的技术，以发展更强大的肌肉和开始工作，以开发稀有肌肉疾病的新模型。

出版物：Lingjun Rao等，“工程人类多能干细胞进入功能性骨骼肌组织，”自然通信9，物品编号：126（2018）DOI：10.1038 / S41467-017-02636-4