Их превратили в источник терапевтических белков
Китайские ученые пересадили под кожу стареющим мышам с ожирением собственные мышечные клетки, которые начали непрерывно самостоятельно сокращаться и тем самым повысили общую мышечную массу и улучшили метаболические и регенеративные показатели животных. Кроме того, после генной модификации такие миотрансплантаты обеспечивали стабильный источник паратиреоидного и соматотропного гормонов, которые предотвращали потерю костной и мышечной массы без значимых побочных эффектов. Результаты эксперимента описаны в Nature Aging.
Ожирение обычно ассоциируется с целым рядом хронических заболеваний, связанных со старением, а само старение связано со снижением мышечной и костной массы. Все это приводит к снижению качества жизни и общему ухудшению здоровья. При этом множество исследователей считают скелетные мышцы полноценным эндокринным органом, который может выделять сотни цитокинов и растворимых факторов во время физической нагрузки. Эти соединения не только подавляют провоспалительные факторы в старческом возрасте, но и способствуют сохранению здоровья многих органов.
Потенциально решить проблему старческой атрофии мышц и создать альтернативу физическим упражнениям при невозможности их выполнения может пересадка мышечных клеток. Во-первых, предшественники мышечных клеток — миобласты — отвечают за рост, восстановление и регенерацию скелетных мышц, а их длительный период жизни подходит для размножения in vitro и генной инженерии. Во-вторых, трансплантаты миоцитов и миобластов хорошо васкуляризируются, что повышает вероятность их приживания и облегчает циркуляцию секретируемых ими белков. Однако эти теоретические концепции остаются плохо изучены на практике.
Группа ученых под руководством Ши-Чан Н (Ng Shyh-Chang) из Университета Китайской академии наук разработали метод подкожной трансплантации дифференцированных аутологичных миоцитов. Трансплантаты размером 1 × 2 × 2 миллиметра забирали из четырехглавой мышцы бедра, культивировали их в среде и пересаживали в подкожное пространство на спине. Первичное наблюдение показало, что такие клетки формировали локальные мышечные трансплантаты, не мигрируя в другие органы или ткани и продемонстрировали устойчивую выживаемость в течение 81 дня и более, а также постоянные спонтанные сокращения. Через 90 дней после трансплантации ученые провели биопсию трансплантатов и обнаружили высокую экспрессию маркеров зрелой мышечной ткани (тяжелой цепи миозина), а актин гладких мышц свидетельствовал об образовании сосудов в миотрансплантате. Иммунофлуоресцентное окрашивание также показало наличие нескольких типов мышечных волокон, а сокращение трансплантатов приводило к выработке миокинов, что говорит об образовании полноценной мышечной ткани.
Чтобы оценить влияние постоянно активных подкожных миотрансплантатов на общее состояние здоровья мышей, ученые провели всесторонний анализ различных тканей органов мышей. Во-первых, обнаружилось, что у мышей с трансплантатами увеличивается мышечный рост без структурных нарушений мышечной ткани и с дополнительной защитой от окислительного стресса по сравнению с мышами, которым под кожу вводили неактивный гель. Во-вторых, анализы крови показали снижение уровня воспалительных маркеров, а также более низкие концентрации маркеров поражения печени и сердца.
Для дальнейшего изучения эффектов подкожной трансплантации миотрансплантата, особенно в контексте проблем, связанных со старением, ученые провели пересадку стареющим мышам с ожирением. Через восемь недель после трансплантации МРТ-анализ состава тела выявил значительно более высокий процент мышечной массы у экспериментальных мышей за счет его меньшего снижения по сравнению с контрольной группой. Через 15 недель наблюдалась схожая закономерность. Потенциально это подтверждает защитный эффект трансплантации: она может уменьшить вызванную старением мышечную атрофию и замедлить снижение физической работоспособности. Кроме того, после 15 недели плотность большеберцовой кости у мышей с пересадкой была выше, чем у контрольных мышей, что говорит о сохранении костной массы. Анализы показали, что у мышей, получивших трансплантацию, показатели воспаления в крови и органах приближались к уровням молодых мышей, у них снижалась и метаболическая дисфункция. Примечательно, что содержание коллагена и толщина дермы в коже экспериментальных мышей были выше, что говорит о более молодом состоянии этого органа. Тесты показали некоторое снижение интенсивности когнитивных нарушений, вызванных возрастной нейродегенерацией.
Затем ученые вывели мышиную модель гипопаратиреоза, которой подкожно подсадили собственные миоциты со сверхэкспрессией мышиного паратиреоидного гормона (генную модификацию проводили с помощью лентивирусного вектора). К седьмому дню после трансплантации у мышей без паращитовидных желез восстановился уровень паратиреоидного гормона, значительно повысился уровень кальция и снизилась концентрация фосфора. Это показывает эффективное использование миоцитов в качестве стабильного источника терапевтических белков. Аналогичные наблюдения ученые сделали и для соматотропного гормона.
Разработка подобной биологической конструкции может иметь значительную пользу для пожилых людей с ожирением, неспособных к физическим упражнениям. Более того, имитация мышечных нагрузок все чаще становится областью интереса при лечении ожирения агонистами рецепторов глюкагоноподобного пептида-1, которые приводят к истощению мышц. Хотя безопасность и эффективность аутологичных миотрансплантатов еще предстоит установить в ходе испытаний на людях, эти доклинические данные представляют важный этап развития этого направления, а использование трансплантатов в качестве эндогенного источника различных белков открывает новый путь к лечению хронических эндокринологических и метаболических заболеваний.
Желание замедлить старение преследует человечество с давних времен. Но возможно только сейчас наука приближается к решению этой проблемы. В материале «Митохондриальный дедушка» мы разбираемся, насколько перспективна пересадка митохондрий и поможет ли она дожить до 120 лет.