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人造肌纤维有助于肌肉干细胞在实验室中保持强效

2019-01-22 09:08:59 • 来源：

没有像家一样的地方 - 特别是如果你是肌肉干细胞。这些干细胞沿着肌纤维的长度舒适地偎依，安静地休息，等待他们的时间，直到肌肉需要在受伤后修复。虽然可以在实验室培养皿中维持肌肉干细胞，但他们并不是很开心。在短时间内，它们开始分裂并丧失其作为干细胞发挥作用的能力。

人造肌纤维有助于肌肉干细胞在实验室中保持强效

现在斯坦福大学医学院的研究人员想出了一种方法，以人造肌纤维的形式为干细胞创造一个家外之家。他们还确定了保持细胞处于最有效，再生状态所必需的分子和营养素的特殊“汤”。“正常情况下，这些干细胞喜欢蜷缩在原生肌肉纤维上，”神经病学教授，医学博士Thomas Rando说。“当我们破坏这种相互作用时，细胞就会被激活并开始分裂，变得不那么干。但是现在我们设计了一种人造基质，对细胞来说，看起来，闻起来像是一种真正的肌肉纤维。当我们也沐浴时这些纤维在适当的因素中，我们发现干细胞保持高效和再生能力。“

为什么幸福很重要

在实验室中保持肌肉干细胞的快乐是迈向肌肉萎缩症和伤后再生缺失肌肉等潜在疗法的重要一步。有一天，研究人员希望能够移除患者自身的肌肉干细胞，在必要时纠正任何遗传缺陷，然后将细胞移回患者体内，以再生健康的肌肉组织。如果干细胞失去再生新肌肉的能力，这是不可能的。

研究人员使用动物的肌肉干细胞在小鼠身上进行了大部分实验。然而，他们还能够证明人类肌肉干细胞仍然更有效，并且当在类似条件下生长时可以更有效地移植到实验室小鼠中。

描述该研究的论文于5月30日在线发表在Nature Biotechnology上。Rando是资深作者。前博士后学者Marco Quarta博士是第一作者。

为了防止新分离的肌肉干细胞在实验室维持时激活，研究人员试图找出当细胞开始分裂时表达增加的基因。他们推断，这些基因很可能参与将细胞从其强效的静止状态推到一个增殖的，不那么干的状态。相反，他们还鉴定了在静止细胞中高表达的基因。

测试化合物的组合

一旦他们确定了静止和活化所特有的基因表达谱，他们就测试了以前已知或怀疑促进细胞静止的50种化合物的各种组合 - 将它们添加到细胞生长的肉汤中并观察细胞是否开始表达参与激活和分裂的基因，或者它们是否继续表达与静止相关的基因。最终，研究人员提出了一组化合物，这些化合物有助于在约48小时内使细胞保持强效。

再生疗法的另一个关键组成部分是静息干细胞在接受适当的触发后在移植后开始分裂的能力。Quarta和Rando发现，在新制造的肉汤中培养细胞超过三天，会影响它们在接触通常促进生长的因素组合时开始分裂的能力。他们推测细胞还需要肌纤维的特殊环境才能最佳地响应生长信号并保持其按需重建肌肉组织的能力。

肌肉纤维替代品

Quarta和Rando与斯坦福大学材料科学与工程系的同事们联手，想出一种方法来缓解思乡干细胞对肌纤维的依赖需求。他们需要代理人尽可能接近真实的东西，以防止细胞激活并失去其特殊的干细胞特性。理想情况下，它具有类似于真实肌纤维的弹性。

研究人员发现，他们可以通过从微型泵中挤出来模仿真实肌纤维的形状和几何形状，从天然存在的生物相容性分子(称为胶原蛋白1)中制造弹性人造肌纤维。“这个过程非常简单，”兰多说。“胶原蛋白挤出设备使其变得容易和可扩展。我们可以调整纤维的硬度和大小，然后用我们知道存在于天然肌肉纤维中的蛋白质涂覆它们。”

当研究人员将肌肉干细胞应用于人造胶原纤维时，细胞迅速“归巢”到类似于在真实肌肉中发现的那些部位。当保持在特制的静止肉汤中时，细胞沿着胶原纤维显得舒适和快乐。此外，移植实验表明肌肉干细胞在数天内保持其效力，并且能够快速植入并开始在受体动物中制造新组织。

研究人员还使用在相似条件下维持的人类肌肉干细胞重复实验，然后移植到实验室小鼠体内。

“这种人工生态位，加上适当因子中的细胞沐浴，使我们能够将细胞维持在一种高效，静止的状态，”Rando说。“现在我们可以对干细胞进行遗传改造，将它们移植回动物体内，看它们在移植和制造新组织方面是有效的。”

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