Биомедицинские инженеры из Дьюкского университета продемонстрировали, что мышцы человека обладают естественной способностью противостоять повреждениям, возникающим из-за хронического воспаления, — если их упражнять. Открытие было сделано с использованием выращенных в лаборатории мышц, что демонстрирует потенциал этой первой в своём роде платформы в таких исследованиях.
Результаты опубликованы 22 января онлайн в журнале Science Advances.
«Во время физических упражнений в человеческом теле протекает множество процессов, поэтому сложно понять, какие системы и клетки чем заняты внутри активного человека, — рассказал Ненад Бурсак, профессор биомедицинской инженерии в Дьюкском университете. — Мы разработали модульную платформу проектирования мышц, на которой мы можем по своему желанию смешивать и подбирать различные типы клеточных и тканевых компонентов. Но в этом случае мы обнаружили, что мышечные клетки могут предпринимать противовоспалительные действия сами по себе».
Воспаление — это не плохо и не хорошо само по себе. Когда тело травмируется, изначальная небольшая воспалительная реакция вычищает повреждённые ткани и помогает им восстановиться. В других случаях иммунная система реагирует слишком сильно, и воспалительная реакция может нанести вред. Например, вызываемые некоторыми вирусами цитокиновые штормы могут привести к смерти. Кроме того, существуют болезни, которые приводят к хроническим воспалениям. К ним относятся ревматоидный артрит и саркопения, которые могут вызвать атрофию мышц и ослабить их способность к сокращению.
Среди многих молекул, которые могут вызывать воспаление, выделяется интерферон гамма, который связан с различными видами мышечной атрофии и дисфункции. Хотя предыдущие исследования людей и животных показали, что упражнения могут компенсировать эффект воспаления в целом, было сложно понять, какую именно роль в этом могут играть сами мышечные клетки, не говоря уже о том, как они взаимодействуют с конкретными вредоносными молекулами, такими как интерферон гамма.
«Мы знаем, что хронические воспалительные болезни провоцируют атрофию мышц, но мы хотели увидеть, произойдёт ли то же самое с нашими искусственными человеческими мышцами, выращенными в чашке Петри. — рассказал Чжаовэй Чэнь, докторант в лаборатории Бурсака и первый автор исследования. — Мы не только подтвердили, что интерферон гамма в первую очередь работает посредством особого сигнального пути, но и показали, что упражнение мышечных клеток может напрямую противостоять сигналу, вызывающему воспаление, независимо от присутствия других типов клеток или тканей».
Чтобы доказать, что мышцы сами по себе способны блокировать разрушительные способности интерферона гамма, Бурсак и Чэнь обратились к платформе проектирования мышц, которую их лаборатория разрабатывает уже почти десять лет. Они первыми вырастили сокращающуюся, работающую скелетную мышцу человека в чашке Петри, и с тех пор лаборатория совершенствовала свои возможности, например, добавляя к рецепту иммунные клетки или резервуары стволовых клеток.
В настоящем исследовании учёные взяли эти полнофункциональные выращенные в лаборатории мышцы и обрабатывали их относительно высокими уровнями интерферона гамма в течение семи дней, чтобы имитировать эффекты длительного хронического воспаления. Как и ожидалось, мышцы уменьшились и потеряли большую часть своей силы.
Учёные затем снова применили интерферон гамма, но в этот раз также подвергли мышцу режиму симулированных упражнений, стимулируя её парой электродов. Хотя они ожидали, что процедура вызовет некоторый рост мышцы, как было показано в их предыдущих исследованиях, они с удивлением открыли, что почти полностью предотвратили эффекты хронического воспаления. Затем они показали, что симулированное упражнение подавляло конкретный молекулярный путь в мышечных клектах. Два лекарства, используемых для лечения ревматоидного артрита, тофацитиниб и барицитиниб, блокируют тот же путь и имеют такой же противовоспалительный эффект.
«Во время упражнений мышечные клетки сами собой напрямую противостояли сигналу, вызывающему воспаление, исходящему от интерферона гамма, чего мы не ожидали, — рассказал Бурсак. — Результаты нашей работы показывают, как выращенные в лаборатории человеческие мышцы могут использоваться для обнаружения новых механизмов заболеваний и потенциальных способов лечения. Возьмём также представления о том, каким должен быть оптимальный уровень и режим упражнений для борьбы с хроническим воспалением, который при этом не перегружает клетки. Возможно, наши искусственные мышцы помогут выяснить, насколько эти представления справедливы».
_______________
Исследование — https://advances.sciencemag.org/content/7/4/eabd9502
Перевод Антон Меньшенин, редактор Вера Круз, автор блога Обзоры фильмов и книг Веры Круз.
Если хотите поддержать наш проект, сделать это можно по ссылке.
_______________