Мышечный трансплантат под кожей замедлил старение мышей

Поперечно-полосатые мышцы нужны не только для движения. Мышечная ткань — важнейший эндокринный орган, секретирующий во время физических упражнений сотни цитокинов и других регуляторных белков, включая фактор ингибирования лейкемии (LIF), интерлейкины 6 и 7, IL7, нейротрофический фактор головного мозга (BDNF), инсулиноподобный фактор роста-1 (IGF1), и многие другие активные вещества с местным и системным воздействием. Именно с ними связана польза для здоровья от упражнений, они, в частности, подавляют провоспалительные факторы в процессе старения.

С другой стороны, у многих людей развивается атрофия мышц, особенно в пожилом возрасте. Ее могут замедлить упражнения, но к тому моменту, когда это становится проблемой, выполнять их трудно. Кроме того, у пожилого человека могут быть сопутствующие заболевания, ограничивающие активность. «Чаще всего физические упражнения необходимы тем, кто не может заниматься спортом», — говорит Ших-Чан Нг (Ng Shyh-Chang) из Института стволовых клеток и регенеративной медицины в Пекине. Под его руководством на мышах испытали альтернативный подход к борьбе с потерей мышечной массы — трансплантацию миоцитов (мышечных клеток).

Исследователи выделили у мышей стволовые клетки из четырехглавой мышцы бедра. Мышечные стволовые клетки, отвечающие за рост и регенерацию скелетных мышц, хорошо подходят для трансплантации благодаря своему продолжительному сроку жизни и низкой вероятности канцерогенеза. Из них выращивали в культуре миоциты, которые вводили под кожу на спине животных. Каждая мышь получала собственные клетки (аутологичная трансплантация), чтобы предотвратить отторжение. В пересаженные клетки ввели ген люциферазы — способность клеток к биолюминесценции облегчала наблюдение за трансплантатом.

Пересаженные миоциты образовали вблизи места инъекции организованную мышечную ткань с кровеносными сосудами, которая постоянно сокращалась. Через несколько месяцев исследователи собрали образцы тканей для изучения.

Изменения, вызванные трансплантацией, оказались системными, то есть происходили во всем организме. У получивших миотрансплантаты мышей в возрасте от восьми до десяти недель развивались более толстые мышечные волокна в икроножной мышце, чем у контрольных животных без миотрансплантатов. В их мышцах также наблюдались изменения, свидетельствующие о снижении воспаления и накопления жира.

У более старых мышей (возраст примерно 1,5 лет) процент мышечной массы через восемь недель после трансплантации был выше, чем у контролей, через 15 недель плотность костной ткани оказалась более высокой, чем у контрольной группы. Пожилые мыши с миотрансплантатами показали лучшие результаты в тестах на физическую функцию; они пробегали большее расстояние и обладали большей силой хвата. Улучшились и когнитивные функции: старые мыши с миотрансплантатами проводили больше времени, исследуя незнакомые участки лабиринта, чем мыши без трансплантатов. У них замедлилась дегенерация нейронов в гиппокампе.

Кроме того, в исследовании участвовала группа мышей, получавшая диету с высоким содержанием жиров, вызывающую ожирение. Через 16 недель у мышей с миотрансплантатами соотношение массы мышц и жировой ткани было выше, чем у контрольных животных. У них также был ниже уровень глюкозы в крови, а уровень холестерина вырос не так сильно.

Авторы исследования показали, что миотрансплантаты снижают признаки системного воспаления, в том числе уменьшилось соотношение нейтрофилов к лимфоцитам. В крови мышей снизился уровень триглицеридов, уменьшилось возрастное повреждение печени и вырос расход энергии. У старых мышей быстрее заживали отверстия в ушах, сделанные пробойником с диаметром 2 мм.

Некоторые из преимуществ, наблюдаемых у мышей с миотрансплантатами, могут быть связаны с секретируемыми миокинами — белками, выделяемыми во время сокращения мышц. Миокины ответственны за положительные эффекты физических упражнений, такие как снижение воспаления и улучшение здоровья мозга. Сокращающийся миотрансплантат непрерывно выделяет белки, которые обычно вырабатываются после нескольких часов физических упражнений.

Наконец, авторы провели серию экспериментов с генномодифицированными миоцитами, продуцирующими терапевтические белки, например, паратиреоидный гормон и гормон роста. Когда мышам с гипотиреозом трансплантировали миоциты, вырабатывающие паратиреоидный гормон, его концентрация в сыворотке крови выросла, и симптомы гипотиреоза стали слабее.

Как сообщил Ших-Чан Нг в комментарии для Nature, он уверен, что лаборатория сможет протестировать миотрансплантаты на людях, и уже ведет переговоры с врачами о проведении первых испытаний.

Использование мышечного трансплантата для имитации реакции организма на физические нагрузки — интригующая идея, говорит физиолог Джеймс Уайт из Университета Дьюка в Северной Каролине. Однако для достижения результатов, наблюдаемых у мышей, человеку может потребоваться пересадка нескольких миотрансплантатов в разные участки тела. Для ослабленных, прикованных к постели или очень пожилых людей, которым наиболее нужны радикальные меры борьбы с атрофией мышц, проведение нескольких инвазивных процедур нежелательно.

Одна из бактерий кишечника придает сил мышцам млекопитающих

При старении мышцы сохраняют память о периодах бездействия