工程师们从皮肤细胞功能的人类肌肉生长

生物医学工程师已经第一个人类骨骼肌诱导多能干细胞的功能。

推进基于工作发表在2015年,杜克大学的研究人员增长第一个正常人类肌肉从肌肉活检获得的组织细胞。能够使用non-muscle从细胞开始抓组织将允许科学家们更多的增长肌肉细胞,提供一个更简单的途径基因组编辑和细胞疗法,并发展为个人量身定做的罕见的肌肉疾病的模型药物发现和基本生物学研究。

周二该研究结果在线发表在1月9日自然通讯。

”从没有肌肉细胞的多能干细胞,但可以成为所有现有细胞在我们的身体,让我们无限的肌原性的祖细胞生长,“说Nenad Bursac,杜克大学生物医学工程教授。“这些祖细胞像成人肌肉干细胞被称为“卫星细胞”,理论上会增加整个肌肉从单个细胞。”

在他们以前的工作,Bursac和他的团队开始与小样本从肌肉活检获得的人体细胞,称为“成肌细胞,”已经在干细胞阶段,但还没有成为成熟肌肉纤维。他们增长了许多折叠成肌细胞,然后把它们放在一个支持性的3 d脚手架充满营养凝胶,使他们形成一致和人类肌肉纤维功能。

在新的研究中,研究人员开始而不是人类诱导多能干细胞。这些细胞来自成人non-muscle组织,如皮肤或血液,重组恢复到原始状态。多能干细胞生长而被淹没的分子称为Pax7-which信号的细胞开始成为肌肉。

当细胞增殖非常相似,但不像健壮的成年肌肉干细胞。虽然以前的研究完成了这一壮举,没有人能够那么这些中间细胞功能骨骼肌生长。

杜克大学的研究人员先前失败的地方取得了胜利。

“这是多年的试验和错误,使受过教育的猜测和采取小步最后生成功能人类肌肉从多能干细胞”Lingjun Rao说,Bursac的实验室的一位博士后研究员和这项研究的第一作者。“区别是我们独特的细胞培养条件和三维矩阵,使细胞生长和发展更快,比二维文化”更常用的方法。

一旦细胞在他们成为肌肉,Bursac和饶停止提供Pax7细胞信号分子,并开始给他们所需要的支持和营养完全成熟。

在这项研究中,研究人员表明,三维文化的两到四个星期后,产生的肌肉细胞形成的肌肉纤维,合同和应对外界刺激如电脉冲和生化信号模拟神经元的输入就像本地肌肉组织。他们还将新增加肌肉纤维植入成年老鼠和显示他们生存和功能至少三个星期,同时逐步融入本地通过血管化组织。

由此产生的肌肉,但是,不像本地一样强壮的肌肉组织,也低于肌肉生长在前面的研究从开始的肌肉活检。研究者们说,尽管这个警告,这肌肉仍然潜在越强,相对并不老。

多能干细胞的肌肉纤维开发水库的“satellite-like细胞”所必需的正常成人肌肉修复损伤,而肌肉从这些细胞的先前的研究更少。干细胞的方法也能够增长更多的细胞开始小批比活检方法。

两个优势指向可能使用这种新方法再生疗法和用于创建模型的未来研究和个性化医疗的罕见疾病。

“研究罕见疾病尤其令人兴奋的前景,“Bursac说。“当一个孩子的肌肉已经枯萎远离杜氏肌萎缩症类似,它不会被道德接受他们的肌肉样品和做进一步的损失。但是利用这种技术,我们可以把一个小的样本non-muscle组织,如皮肤或血液,恢复了细胞多能性状态,最终变得无限数量的测试功能的肌肉纤维。”

这项技术还持有承诺是与基因治疗相结合。在理论上,研究人员可以修复基因引起的故障多能干细胞来自一个病人,然后小片完全健康的肌肉生长。虽然这不能治愈或更换整个身体的肌肉病变,可以使用它与更广泛的靶向基因治疗或治愈更多的本地化问题。

研究人员目前正在改进技术生长更健壮的肌肉和开始工作罕见的肌肉疾病的发展新模式。