zui近，杜克大學(xué)的研究人員在實(shí)驗(yàn)室中成功培育出人骨骼肌，它們能夠像自然組織那樣收縮和響應(yīng)外部刺激，例如電脈沖、生化信號(hào)和藥物。這些實(shí)驗(yàn)室培育的組織，不久就能允許研究人員在體外的功能性人肌肉中測(cè)試新藥和研究疾病。
這項(xiàng)研究是由杜克大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程副教授Nenad Bursac及其實(shí)驗(yàn)室博士后Lauran Madden帶領(lǐng)，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2015年1月13日的開放存取期刊《eLife》。
Bursac說：“這項(xiàng)工作的偉大之處在于，它可以作為培養(yǎng)皿臨床試驗(yàn)的一個(gè)測(cè)試平臺(tái)。我們正在檢測(cè)藥物的功效和安全性，而不會(huì)危害患者的健康，也正在重現(xiàn)疾病的功能性和生化信號(hào)——特別是那些罕見疾病以及很難收集肌肉活檢的疾病。"
Bursac和Madden從一個(gè)小的人體細(xì)胞樣本開始，它們已經(jīng)發(fā)展到超過干細(xì)胞，但是還沒有成為肌肉組織。他們將這些“肌原性前體細(xì)胞"擴(kuò)大了超過1000倍，然后把它們放入一個(gè)支撐的3D支架，該支架填充了有營養(yǎng)的凝膠，可讓這些細(xì)胞形成均衡和功能性的肌肉纖維。
Madden說：“我們有很多在實(shí)驗(yàn)室用動(dòng)物細(xì)胞制備人工肌肉的經(jīng)驗(yàn)，但這項(xiàng)工作仍然花了我們一年的時(shí)間，來調(diào)節(jié)諸如細(xì)胞和凝膠密度這樣的變量，并優(yōu)化培養(yǎng)基和介質(zhì)，以使其能對(duì)人肌肉細(xì)胞起作用。"
Madden用新肌肉進(jìn)行了一連串的測(cè)試，來確定它們與人體內(nèi)自然組織是如何的相似。她發(fā)現(xiàn)，肌肉可強(qiáng)勁收縮來響應(yīng)電刺激——在實(shí)驗(yàn)室培育的人肌肉當(dāng)中尚屬。她還表明，可讓神經(jīng)激活肌肉的信號(hào)通路也是完整的和功能性的。
為了探討這種肌肉是否可用于醫(yī)學(xué)測(cè)試，Bursac和Madden研究了它對(duì)各種藥物的反應(yīng)，包括用于降低膽固醇的他汀類藥物和克倫特羅——是一種被廣泛使用的興奮劑。
所檢測(cè)到的藥物效果，與人類患者中所觀察到的相匹配。他汀類藥物有劑量依賴性反應(yīng)，從而導(dǎo)致高濃度時(shí)的脂肪異常堆積?？藗愄亓_表現(xiàn)出增強(qiáng)收縮性的狹窄有益窗口。這些影響都在人類中被記錄過?？藗愄亓_在這些劑量上不會(huì)傷害嚙齒動(dòng)物的肌肉組織，從而表明實(shí)驗(yàn)室培育肌肉可產(chǎn)生一種真實(shí)的人類反應(yīng)。
Bursac說：“我們的目標(biāo)之一是，利用這種方法為患者提供個(gè)性化的治療策略。我們可以從每名患者取活檢組織，培育出許多新肌肉，將其用作測(cè)試樣本和試驗(yàn)品，以探討哪些藥物更適合每個(gè)人。"
這個(gè)目標(biāo)可能并不遙遠(yuǎn)；Bursac已經(jīng)與杜克大學(xué)的臨床醫(yī)生（包括兒科副教授Dwight Koeberl）開展了一項(xiàng)研究，嘗試將藥物在患者中的藥效與其對(duì)實(shí)驗(yàn)室培育肌肉的影響起來。Bursac的研究小組也在嘗試?yán)谜T導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs）代替活檢細(xì)胞，來培育可收縮的人肌肉。
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Bursac說：“有一些疾病，例如Duchenne型肌營養(yǎng)不良癥，進(jìn)行肌肉活檢非常困難。如果我們能利用誘導(dǎo)多能干細(xì)胞來制備可行的、可測(cè)試性的肌肉，我們就可以獲得一份皮膚或血液樣本，而不必打擾患者。"