使用干细胞创建的骨骼肌

加州大学洛杉矶分校的科学家已经开发出一种新的策略，可以有效地分离，成熟和移植人类多能干细胞产生的骨骼肌细胞，这些细胞可以产生所有细胞类型的身体。该研究结果是开发肌肉疾病干细胞替代疗法的重要一步，包括杜氏肌营养不良症，该疾病影响美国约5,000名男孩中的1名，是最常见的致命性儿童遗传病。

该研究发表在自然细胞生物学杂志上，由高级作者April Pyle，微生物学，免疫学和分子遗传学副教授以及加州大学洛杉矶分校Eli和Edythe Broad再生医学和干细胞研究中心成员发表。利用自然人类发展过程作为指导，研究人员开发了在实验室中成熟肌肉细胞的方法，以创建肌肉纤维，恢复肌营养不良蛋白，这是Duchenne男孩肌肉中缺失的蛋白质。

没有肌营养不良蛋白，肌肉会退化并逐渐变弱。Duchenne症状通常始于儿童早期;患者逐渐失去活动能力，并且通常在20岁左右死于心脏或呼吸衰竭。目前无法逆转或治愈该疾病。

多年来，科学家一直在尝试不同的方法，指导人类多能干细胞产生骨骼肌干细胞，这些干细胞可以在活体肌肉中适当地发挥作用，并再生产生肌营养不良蛋白的肌肉纤维。然而，由Pyle领导的研究发现目前的方法效率低下;它们产生不成熟的细胞，这些细胞不适合在实验室中对Duchenne进行建模或为该疾病创建细胞替代疗法。

“我们发现，仅仅因为实验室产生的骨骼肌细胞表达了肌肉标记物，并不意味着它具有完全的功能，”Pyle说。“对于干细胞治疗杜氏向前发展，我们必须有一个更好的理解我们是从人类多能干细胞产生相较于人体，并且在开发过程中，自然中发现的肌肉干细胞的细胞”

通过分析在人类发展方面，研究人员发现胎儿骨骼肌细胞非常具有再生能力。在进一步分析这些胎儿肌肉细胞后，发现了两种称为ERBB3和NGFR的新细胞表面标志物;这使得研究人员能够精确地将肌肉细胞与人体组织隔离开来，并将它们与使用人类多能干细胞产生的各种细胞类型分开。

一旦他们能够使用新发现的表面标记物分离骨骼肌细胞，研究团队就会在实验室中使这些细胞成熟，从而产生产生肌营养不良蛋白的肌肉纤维。他们产生的肌肉纤维是均匀的肌肉细胞，但纤维仍然比真人肌肉中的纤维小。

“我们错过了另一个关键组件，”该研究的第一作者迈克尔希克斯说。他解释说，骨骼肌细胞不能正常成熟。“我们需要更大，更强壮的肌肉，也有能力收缩。”

该团队再次向人类发展的自然阶段寻求答案。希克斯发现需要关闭一种称为TGFβ的特定细胞信号通路，以便能够产生含有帮助肌肉收缩的蛋白质的骨骼肌纤维。最后，该团队在Duchenne的小鼠模型中测试了他们的新方法。

“我们的长期目标是利用患者自己的细胞开发个性化的细胞替代疗法来治疗患有Duchenne的男孩，”希克斯说。“因此，对于这项研究，我们遵循相同的步骤，从开始到结束，我们在为人类患者创建这些细胞时遵循这些步骤。”

首先，将Duchenne患者细胞重编程为多能干细胞。研究人员随后使用基因编辑技术CRISPR-Cas9去除了导致Duchenne的基因突变。使用ERBB3和NGFR表面标志物，分离骨骼肌细胞，然后在施用TGFβ抑制剂的同时将其注射到小鼠中。

“结果正是我们所希望的，”派尔说。“这是第一项证明功能性肌肉细胞可以在实验室中产生并在Duchenne动物模型中使用人类发育过程作为指导来恢复肌营养不良蛋白的研究。”

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