Naukowcy ze Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie przeprowadzili badania modelowe hodowli pseudotkanki mięśniowej. Metoda ta może być w przyszłości wykorzystana do wspomagania leczenia ciężkich chorób związanych z zanikaniem mięśni czy rekonstrukcją niewielkich części mięśni.
SMA (spinal muscular atrophy) to choroba, która powoduje nieodwracalny zanik mięśni. W trakcie tego procesu obumierają neurony ruchowe. Do tej pory nie wynaleziono leku, który spowodowałby pełny powrót do zdrowia. Można jedynie spowolnić postęp choroby. Ale do patologii w obszarze mięśni dochodzi też w wielu innych sytuacjach, np. poprzez uszkodzenie ich w wyniku operacji czy wypadku. Przypadki te również mogą wymagać uzupełnienia części mięśnia lub jego wzmocnienia. Z pomocą przychodzą naukowcy ze Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, których ostatnie odkrycie daje ogromną nadzieję dla chorych. Przeprowadzili bowiem badania modelowe hodowli pseudotkanki mięśniowej.
Do wyhodowania „sztucznego mięśnia szkieletowego”, a raczej jego części – implantu mięśniowego – potrzebne są przede wszystkim komórki progenitorowe mięśniowe, czyli takie, które są zdolne do przekształcenia się w mioblasty. Niezbędne jest też podłoże, na którym te komórki chciałyby dobrze rosnąć. I wreszcie dodatek płynu, który zawierałby wszystkie potrzebne białka, a zwłaszcza czynniki wzrostowe i składniki odżywcze, czyli to, co jest dostarczane komórce z otaczającego ją środowiska, między innymi od innych komórek czy z krwią. Zdobycie komórek nie stanowi problemu, gdyż tkanka mięśniowa zawiera pulę „uśpionych” komórek progenitorowych. W badaniach modelowych naukowcy pobierali je z 8-dniowego zarodka kury. Natomiast nad podłożem należało popracować. Pojawił się też kolejny problem – mięsień musiał ulegać skurczom, a o sygnale z układu nerwowego nie mogło być tutaj mowy.
Komórka mięśnia szkieletowego ma wiele jąder i powstaje w wyniku fuzji komórek jednojądrzastych – wyjaśnia prof. Ewa Sawosz-Chwalibóg z Katedry Nanobiotechnologii Instytutu Biologii SGGW. –Dojrzała, wielojądrzasta komórka mięśniowa zwana jest włóknem mięśniowym i tworzy architekturę mięśni szkieletowych. Cały proces powstawania włókien mięśniowych, a następnie formowania tkanki wymaga jednak obecności podłoża, czyli struktury sprzyjającej zasiedlaniu komórek. W naturalnych warunkach fizjologicznych rolę tę pełni matriks zewnątrzkomórkowe. Ta skomplikowana struktura musi mieć odpowiednią twardość, chropowatość, a przede wszystkim być biozgodna, a więc przyjazna dla komórek. Mówimy oczywiście o podłożu w hodowli in vitro – dodaje.
Badaczka wraz ze swoją doktorantką Jaśminą Bałaban doszły do wniosku, że dobre podłoże może stanowić tlenek grafenu. Po pierwsze, to warstwa węglowa, a węgiel jest pierwiastkiem przyjaznym dla człowieka. Po drugie, jeśli tlenek grafenu zawiesi się w wodzie, a następnie pokryje nim dno naczynia do hodowli in vitro i wysuszy, to powstaje skafold (podłoże) o strukturze pomarszczonych płatków tlenku grafenu.
To pomarszczenie jest oczywiście rejestrowane w nanoskali, nie widać tego gołym okiem, a dopiero pod mikroskopem elektronowym. Jak się okazało twardość i struktura powstałego skafoldu była dopasowana do wymagań komórki mięśniowej – wskazuje prof. Sawosz-Chwalibóg.
Kolejną kwestią, charakterystyczną dla tlenku grafenu, jest to, że ma na swojej powierzchni dużo grup tlenowych, m.in. OH, karboksylowych i innych. Powodują one, że powierzchnia jest bardzo hydrofilna, a taką lubią komórki. Okazało się, że na tak stworzonej powierzchni komórki chętnie rozmnażają się, rosną i tworzą włókna mięśniowe.
Zaobserwowaliśmy również, że komórki chętnie produkowały białka charakterystyczne dla kolejnych etapów tworzenia pseudotkanki mięśniowej, co stymulowało proces ich dojrzewania. Ale niestety, nie obserwowałyśmy skurczu tkanki. A fizjologicznie dojrzała tkanka mięśnia szkieletowego powinna się kurczyć. W warunkach naturalnych, w organizmie mięsień kurczy się pod wpływem impulsu z układu nerwowego – zaznacza badaczka.
Zespół z SGGW pobudzał komórki mięśniowe do skurczu za pomocą impulsu elektrycznego, jednak nie udało się tego zrobić stosując podłoże z tlenku grafenu.
Pomyślałyśmy, że być może ekstrakt z mięśnia dojrzałego, w pełni zdolnego do skurczu, pochodzącego z zarodka kury tuż przed wykluciem, pobudzi tę pseudotkankę do skurczu. I tak też się stało. Przygotowany ekstrakt to unikalny koktajl ponad tysiąca różnych białek, wśród których znajdowały się białka zaangażowane w funkcjonowanie aparatu kurczliwego komórek, a także uczestniczące w komunikacji nerwowo-mięśniowej. To było dla nas zaskoczenie, że pod wpływem ekstraktu udało się doprowadzić do rytmicznych skurczów tej wyhodowanej pseudotkanki mięśniowej. To chyba pierwsze takie badanie na świecie. Bez ingerencji z zewnątrz, czyli bez impulsu z układu nerwowego, pod wpływem tylko tych białek udało się osiągnąć coś tak niesamowitego – mówi z ekscytacją prof. Ewa Sawosz-Chwalibóg.
Wyniki badań przeprowadzonych w SGGW to pierwszy krok do stworzenia „sztucznej tkanki mięśniowej”. Kolejnym będzie potwierdzenie zjawiska powstawania fizjologicznie dojrzałej pseudotkanki mięśnia szkieletowego na komórkach pozyskanych od innych zwierząt laboratoryjnych, przede wszystkim myszy, a następnie człowieka. Ostatnim i najtrudniejszym etapem badań byłaby implantacja pozyskanej w laboratorium pseudotkanki mięśniowej w rejony, które wymagają jej uzupełnienia, wzmocnienia czy regeneracji.
Anita Kruk, źródło: SGGW