科学家创建了第一个人类骨骼肌发展路线图
加州大学洛杉矶分校的Eli和Edythe Broad再生医学和干细胞研究中心的一个跨学科研究团队开发了人类骨骼肌如何发育的路线图，包括肌肉干细胞的形成。
这项研究发表在同行评审期刊上细胞干细胞，鉴定了骨骼肌组织中存在的各种细胞类型，从早期胚胎发育一直到成年。专注于肌肉祖细胞(有助于出生前肌肉的形成)和肌肉干细胞(有助于出生后肌肉的形成和一生中受伤后的再生)，研究小组绘制了细胞的基因网络(哪些基因是活跃的，哪些基因是不活跃的)如何随着细胞成熟而变化。
这一路线图对于那些致力于在实验室中开发肌肉干细胞的研究人员来说至关重要，这些干细胞可以用于治疗毁灭性肌肉疾病的再生细胞疗法，包括肌肉营养不良症和肌肉减少症，后者是与年龄相关的肌肉质量和力量损失。
“由于衰老或疾病导致的肌肉损失通常是肌肉干细胞功能失调的结果，”该论文的高级作者、布罗德干细胞研究中心的成员April Pyle说。“这张地图确定了肌肉祖细胞和干细胞在发育过程中存在的精确基因网络，这对于开发在培养皿中生成这些细胞来治疗肌肉疾病的方法至关重要。”
派尔实验室和世界各地其他实验室的研究人员已经有能力从人类多能干细胞中生成骨骼肌细胞。多能干细胞具有自我更新的能力，并能发育成体内任何类型的细胞。然而，到目前为止，他们还没有办法确定这些细胞在人类发育过程中的位置。
这篇新论文的第一作者、派尔实验室的助理项目科学家奚海斌说:“我们知道，我们在实验室里制造的肌肉细胞不像在人类身上发现的完全成熟的肌肉干细胞那样具有功能。”“所以我们开始生成这张地图作为参考，我们的实验室和其他人可以用它来比较我们创造的细胞的遗传特征与真正的人类骨骼肌组织的遗传特征。”
为了创造这种资源，研究小组收集了两组不同的骨骼肌细胞的高度特异性数据:一组来自人体，范围从胚胎发育的第五周到中年，另一组来自研究人员在实验室中生成的人类多能干细胞。然后，他们比较了两种来源的细胞的遗传特征。
该小组从加州大学洛杉矶分校的合作者、南加州大学和德国Tübingen大学的同事那里获得了21份人类骨骼肌组织样本。对于多能干细胞来源的肌肉细胞，该小组评估了使用他们自己独特的方法和其他几个小组的方法创建的细胞。
派尔实验室与加州大学洛杉矶分校生物化学教授、布罗德干细胞研究中心(Broad Stem Cell Research Center)成员凯瑟琳·普拉斯(Kathrin Plath)的实验室合作，对所有样本进行了高通量液滴单细胞RNA测序。这项技术使研究人员能够识别单个细胞中存在的基因网络，并可以同时处理数千个细胞。利用这项技术的力量和普拉斯实验室的生物信息学专业知识，该小组从人类组织和多能干细胞中鉴定了各种细胞类型的遗传特征。
接下来，他们开发了计算方法，重点研究肌肉祖细胞和干细胞，并绘制出它们的图谱基因网络与每一个发展阶段相关。这使得研究小组能够将多能干细胞来源的肌肉细胞中的遗传特征与它们在人类肌肉发育地图上的相应位置相匹配。
研究小组发现，通过他们尝试的所有方法产生的多能干细胞来源的肌肉细胞与早期发育状态下的肌肉祖细胞相似，而与成体肌肉干细胞不一致。
除了确定实验室生产的细胞的真正成熟度外，该分析还提供了关于整个发育过程中骨骼肌组织中以及来自人类多能干细胞的人群中存在的其他细胞类型的详细信息。这些细胞可能在肌肉细胞成熟过程中发挥重要作用，并且可能对改进在培养皿中生成和支持肌肉干细胞的方法至关重要。
“我们发现，在培养皿中产生肌肉细胞的一些方法也会产生独特的细胞类型，这些细胞类型可能支持癌症肌肉细胞派尔说，他也是加州大学洛杉矶分校琼森综合癌症中心的成员。“所以现在我们的问题是，这些细胞在做什么?它们是产生和支持成熟和有功能的肌肉干的关键吗细胞放在盘子里?”
展望未来，派尔和她的同事们将专注于利用这种新资源开发更好的发电方法肌肉干细胞从人类多能干细胞在实验室里。她希望通过专注于干细胞相关的基因表达网络和他们发现的支持细胞类型，他们可以产生高功率肌肉干细胞这对未来的再生疗法很有用。
