免疫細胞幫助舊肌肉像新的一樣愈合

杜克大學的生物醫(yī)學工程師發(fā)現(xiàn)了成人肌肉免疫系統(tǒng)中自我修復肌肉組織的關鍵組成部分。預期在小鼠中的發(fā)現(xiàn)將在未來的細胞治療應用中，在研究退行性肌肉疾病和提高工程組織移植物的存活率方面發(fā)揮重要作用。

研究結果于10月1日在線發(fā)表在《自然生物醫(yī)學工程》雜志上。

2014年，杜克大學生物醫(yī)學工程教授Nenad Bursac領導的團隊首次引入了世界上第一個自我修復和實驗室培養(yǎng)的骨骼肌。它能有效收縮，迅速整合到小鼠體內，并在實驗室和動物身上顯示出自我修復的能力。

這個里程碑是從兩天大的老鼠身上提取肌肉樣本，取出細胞，然后將它們“種植”到一個完美定制的實驗室環(huán)境中，以幫助它們生長。除了三維支架和大量營養(yǎng)物質，這種環(huán)境還支持肌肉干細胞(稱為衛(wèi)星細胞)的生態(tài)位形成，這些細胞在受傷時被激活，并有助于再生過程。

然而，對于人類細胞的潛在應用，肌肉樣本主要來自成人供體，而不是新生兒。許多退行性肌肉疾病直到成年后才會出現(xiàn)，而在實驗室中生長肌肉以測試這些患者的藥物反應將受益于使用患者自身的成體細胞。

只有一個問題——實驗室生產(chǎn)的成人肌肉組織沒有新生組織那樣的再生潛力。

“我花了一年時間探索從成年大鼠樣本中設計肌肉組織的方法，這種組織在受傷后可以自我修復，”前杜克大學布爾薩克實驗室博士生馬克伊哈斯(Mark Iuhas)說，他領導了最初的研究和新的研究。

Juhas說：“添加各種已知有助于肌肉修復的藥物和生長因子效果甚微，所以我開始考慮添加一組能夠對損傷做出反應并刺激肌肉再生的支持細胞?！斑@就是我想出來的巨噬細胞，也就是肌肉在我們體內自我修復所需要的免疫細胞?！?

巨噬細胞是人體免疫系統(tǒng)中的一種白細胞。從希臘直譯為“大食者”，巨噬細胞吞噬和消化細胞碎片、病原體和任何他們認為不應該懸掛的東西，同時分泌支持組織存活和修復的因子。

肌肉受傷后，一種巨噬細胞出現(xiàn)在現(xiàn)場，清除殘留物，增加炎癥，刺激免疫系統(tǒng)的其他部分。他們招募的細胞之一是第二種巨噬細胞，稱為M2，它可以減少炎癥并促進組織修復。盡管這些抗炎巨噬細胞以前已經(jīng)用于肌肉治療，但它們從未整合到體外生長復雜肌肉組織的平臺中。

Juhas花了幾個月的時間研究如何將巨噬細胞整合到系統(tǒng)中。但是一旦他這么做了，結果就大不一樣了。這種新的肌肉組織不僅在實驗室中表現(xiàn)更好，而且在移植到活體小鼠體內時也表現(xiàn)更好。

“當我們用毒素破壞成人衍生的工程肌肉時，我們看不到功能恢復，肌肉纖維也無法恢復，”杜克再生下一個項目的聯(lián)合主任布爾薩克說?！暗谖覀兘o肌肉添加巨噬細胞后，我們有了一個驚人的時刻。肌肉在15天內恢復，幾乎和受傷前一樣收縮。這真是太神奇了?！?

似乎成功主要來自巨噬細胞，其功能是保護受損肌肉細胞免受凋亡程序性細胞死亡。雖然新生肌肉細胞天生抗拒扔毛巾的沖動，但成年肌肉細胞需要巨噬細胞幫助其完成最初的損傷而不致細胞死亡。然后，這些存活下來的肌肉纖維為肌肉干細胞提供了一個“支架”，使其鎖定以執(zhí)行再生功能。

Bursac認為，這一發(fā)現(xiàn)可能為潛在的再生療法帶來新的研究方向。根據(jù)一個流行的理論，胎兒和新生兒組織在愈合方面比成人組織好得多，至少部分是因為類似于M2巨噬細胞的組織最初被提供給宿主巨噬細胞。隨著個體年齡的增長，這種原始的巨噬細胞供應被來自骨髓和血液的再生較少而炎癥較多的巨噬細胞所取代。

Bursac說：“我們相信，我們的工程肌肉系統(tǒng)中的巨噬細胞可能更像人類體內自然存在的肌肉巨噬細胞。“我們目前正在努力查明情況是否真的如此。人們可以想象在像我們這樣的系統(tǒng)中‘訓練’巨噬細胞成為更好的治療師，或者通過基因改造來增強它們，然后將它們植入患者受損的部位?！?

當然，這項工作還在未來幾年。雖然這項研究也表明，人體巨噬細胞支持實驗室培養(yǎng)的大鼠肌肉愈合，而且Bursac團隊的獨立工作培養(yǎng)了含有巨噬細胞的復雜人體肌肉，但目前還沒有很好的實驗室或動物系統(tǒng)來測試再生能力。這種方法可能用于人類。

“下一步是建立一個平臺，在工程人體組織中測試這些結果，”布爾薩克說。“沿著同樣的路線，我們希望更好地了解工程肌肉中巨噬細胞對其植入后血管化和神經(jīng)支配的潛在影響。我們希望我們用免疫系統(tǒng)細胞補充實驗室培養(yǎng)肌肉的方法將被證明是未來再生治療中增加其他實驗室培養(yǎng)組織存活和功能的通用策略?！?

標簽：