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生物医学工程师从干细胞中培养功能性人体肌肉

<p>杜克工程师从非肌肉细胞中培养出第一个正常运作的人体肌肉 - 在这种情况下,皮肤细胞恢复到其原始干细胞状态使用非肌肉组织从细胞划痕开始的能力将使科学家能够生长更多的肌肉细胞,提供更轻松地进行基因组编辑和细胞疗法,并为药物发现和基础生物学研究开发个性化的稀有肌肉疾病模型生物医学工程师已经从诱导多能干细胞中培育出第一个功能性人类骨骼肌</p><p>这一进步建立在2015年发表的工作基础之上杜克大学的研究人员从肌肉活检组织中获得了第一个功能性人体肌肉组织</p><p>使用非肌肉组织从细胞划痕开始的能力将使科学家能够生长更多的肌肉细胞,为基因组编辑和细胞疗法提供更轻松的途径,并为药物发现开发个性化的稀有肌肉疾病模型和基础生物学研究“杜克大学生物医学工程教授Nenad Bursac说:”从多能干细胞开始,这些干细胞不是肌肉细胞,但可以成为我们体内所有现存的细胞,使我们能够生长无限数量的肌源性祖细胞</p><p>“ “这些祖细胞类似于称为'卫星细胞'的成体肌肉干细胞,理论上可以从单个细胞开始生长整个肌肉”在他们之前的工作中,Bursac和他的团队开始使用从肌肉活检中获得的小样本人体细胞,称为“成肌细胞,“已经进展到干细胞阶段但尚未成熟的肌肉纤维</p><p>他们将这些成肌细胞生长了许多倍,然后将它们放入支持性的3-D支架中,这种支架填充有滋养凝胶,使它们形成对齐人体肌纤维的功能从诱导的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的研究中,研究人员开始使用人类诱导的多能干细胞</p><p>这些细胞取自成人非肌肉组织,如皮肤或血液,并重新编程为恢复到原始状态多能干细胞随后被一个名为Pax7的分子淹没,这个分子称为细胞开始变成肌肉随着细胞增殖,它们变得非常相似 - 但不像成体肌肉干细胞那么强壮虽然之前的研究已经完成了这一壮举,但是没有人能够将这些中间细胞生长为功能性骨骼肌</p><p>杜克大学的研究人员在之前的尝试失败的情况下取得了成功“这需要多年的反复试验,做出有根据的猜测并采取措施最终生产出来来自多能干细胞的人体肌肉功能,“布鲁萨克实验室的博士后研究员Lingjun Rao说道</p><p>该研究的作者“我们独特的细胞培养条件和3-D基质使得细胞生长和发育的速度比通常使用的2-D培养方法更快更长,”细胞很好在成为肌肉的过程中,Bursac和Rao停止提供Pax7信号分子并开始为细胞提供完全成熟所需的支持和营养</p><p>在研究中,研究人员表明,经过2到4周的3-D培养,由此产生的肌肉细胞形成肌肉纤维,收缩并对外部刺激作出反应,如电脉冲和模仿神经元输入的生化信号,就像天然肌肉组织一样</p><p>他们还将新生长的肌肉纤维植入成年小鼠体内,并证明它们存活并至少发挥作用至少三个通过血管形成逐渐融入天然组织的数周然而,所产生的肌肉不如天然肌肉组织强壮,并且研究人员表示,这项研究表明,这种肌肉仍然具有潜力,更强壮,年长的亲属不会染成新肌纤维的横截面</p><p>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形成“卫星样细胞”的储存,这是正常成人肌肉修复损伤所必需的,而之前研究的肌肉中这些细胞的数量要少得多</p><p>干细胞方法也能够生长比活检方法更小的起始批次中的更多细胞这两个优点都指向使用这种新方法进行再生疗法和为未来研究和个体化保健创建罕见疾病模型的可能性“研究罕见疾病的前景是对我们来说特别令人兴奋,“布尔萨克说:”当孩子的肌肉已经远离Duchenne肌肉营养不良症时,从他们身上取出肌肉样本并做进一步的伤害是不道德的但是通过这种技术,我们可以采取一个小的非肌肉组织的样本,如皮肤或血液,将获得的细胞恢复到多能状态,并最终生长出无穷无尽的运作的肌肉纤维进行测试“该技术也有望与基因疗法相结合研究人员理论上可以修复源自患者的诱导多能干细胞的遗传功能障碍,然后生长小块完全健康的肌肉,但这无法愈合或者替换整个身体的病变肌肉,它可以与更广泛的靶向遗传疗法一起使用或治愈更多的局部问题研究人员现在正在改进他们的技术来培养更健壮的肌肉,并开始研发新的稀有肌肉模型疾病发表:Lingjun Rao等,“将人类多能干细胞工程化为功能性骨骼肌组织”,Nature Communications 9,文章编号:126(2018)doi:101038 / s41467-017-02636-4来源:

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