Regeneration der Muskulatur bei Mäusen erreicht

In einer Veröffentlichung in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift veröffentlicht Tissue EngineeringEin Team von Wissenschaftlern hat es geschafft, funktionelles Muskelgewebe in Mäusen zu regenerieren. Die Entdeckung könnte den Weg für neue klinische Therapien ebnen, um Menschen mit schwerem Muskeltrauma zu behandeln.
Das Forschungsteam des Worcester Polytechnic Institute (WPI) und CellThera, ein privates Unternehmen im WPI Life Sciences und Bioengineering Center, wandte eine neuartige Technik an, um reife menschliche Muskelzellen in einen stammzellähnlichen Zustand zu manipulieren und dann die neu programmierten Zellen anzubauen Biopolymer-Mikrothreads. Die Forscher entfernten einen großen Teil des Beinmuskels von einer Maus, legten die Fäden in die Wunde und stellten fest, dass mit der Zeit die Fäden und Zellen den Muskel fast wieder in seine normale Funktion zurückführten.
Zu ihrer Überraschung entdeckten die Forscher, dass die Mikrothreads, die einfach als Gerüst verwendet wurden, um die reprogrammierten menschlichen Zellen zu unterstützen, tatsächlich den Generierungsprozess zu beschleunigen schienen, indem sie Vorläufer-Maus-Muskelzellen rekrutierten. Dies deutet darauf hin, dass diese Mikrothreads selbst möglicherweise als therapeutisches Werkzeug zur Behandlung eines größeren Muskeltraumas dienen könnten.
Autor Raymond Page, Assistenzprofessor für Biomedizintechnik am WPI und Chief Scientific Officer bei CellThera, verkündete: "Wir sind mit dem Fortschritt dieser Arbeit zufrieden, und ehrlich gesagt waren wir von der erreichten Muskelregeneration überrascht."
Die aktuelle Studie ist Teil eines mehrjährigen Programms, das teilweise durch Zuschüsse der National Institutes of Health finanziert wird. Das fortgeschrittene Forschungsprogramm des US-Verteidigungsministeriums (DARPA), das auch die Studie unterstützt, fördert die Entwicklung neuer Technologien und Behandlungen für Personen, die schwere Wunden sowie Gliederschwund erleiden.
Bei Säugetieren sind Skelettmuskeln in der Lage, kleine Verletzungen zu reparieren, die durch übermäßige Anstrengung oder geringes Trauma verursacht werden, da sie die Fähigkeit besitzen, sich selbst zu reparieren, indem sie Muskelprogenitorzellen (dh Zellen, die sich nicht vollständig zu Muskelfasern entwickelt haben) an die Verletzungsstelle bringen stelle den Muskel wieder her. Die Hauptpriorität des Körpers bei größeren Verletzungen besteht jedoch darin, die Blutung zu stoppen, was zu einer schnellen Bildung von Narbengewebe an der Wundstelle führt, die jegliche Muskelreparatur außer Kraft setzt.
In der aktuellen Studie versuchte das WPI / CellThera-Team, die Bildung von Narben zu verhindern und das Muskelwachstum durch eine Kombination zweier einzigartiger Technologien zu fördern.
Die erste Methode wurde früher vom Team entwickelt, um reife menschliche Hautzellen ohne Verwendung von Viren oder zusätzlichen Genen umzuprogrammieren (Cloning, Stem Cells. 2009 Jul 21). Obwohl die reprogrammierten Zellen Stammzellengene exprimieren und sich in großer Anzahl vermehren, differenzieren sie sich nicht zu spezifischen Geweben. Die zweite Methode, die von den Wissenschaftlern angewandt wurde, war die Verwendung von Biopolymer-Mikrothreads als Gerüst zur Unterstützung der Zellen. Die Mikrothreads, ungefähr die Dicke eines Haares, bestehen aus Fibrin, einem Protein, das Blutgerinnseln hilft und von George Pins, einem Associate Professor für Biomedizintechnik am WPI, entwickelt wurde.
Die Forscher entfernten bei einigen Mäusen einen Teil des Musculus tibialis anteriores Bein, da eine Verletzung dieses Muskels die Mäuse nicht daran hindert, zu gehen, aber sie beeinflusst die Bewegungsfreiheit des Fußes und ließ die Verletzungen bei einigen der Tiere von selbst heilen. Die Wunden der anderen Mäuse waren mit Bündeln von Mikrothreads gefüllt, die umprogrammierte menschliche Muskelzellen enthielten.
Sie beobachteten erhebliche Narbenbildung an der Verletzungsstelle ohne Wiederherstellung der Muskelfunktion bei den unbehandelten Mäusen, während diejenigen, denen die umprogrammierten Zellen implantiert wurden, neue Muskelfasern aufwuchsen und sehr wenig Narben entwickelten. Eine Untersuchung in Woche 10 nach der Implantation zeigte, dass der regenerierte M. tibialis anterior mit fast der gleichen Stärke wie ein unverletzter Muskel funktionierte.
Da die implantierten Zellen aus dem menschlichen Muskel entnommen wurden, nahmen die Wissenschaftler an, dass der Großteil des regenerierten Muskels auch aus menschlichen Zellen bestand. Zu ihrer Überraschung stellten sie jedoch fest, dass der größte Teil der neuen Muskelfasern aus Mauszellen bestand. Sie stellten die Hypothese auf, dass die Fibrin-Mikrothreads, die in Zusammensetzung und Form den Muskelfasern ähneln, residente Vorläuferzellen der Maus stimulieren können, in die Wunde zu wandern und mit der Wiederherstellung des Gewebes zu beginnen. Die Forscher glauben, dass sie auch die natürliche Entzündungsreaktion verhindern können, die nach einer größeren Verletzung zu Narbenbildung führt.
Dieses unerwartete Ergebnis zeigt, dass nur Fibrin-Mikrothreads allein für die Behandlung von schwerem Muskeltrauma verwendet werden können. Die Forschung zur Verbesserung der Regeneration mit umprogrammierten menschlichen Zellen wird fortgesetzt.
Die Autoren schlussfolgern:

"Der Beitrag der Fibrin-Mikrothreads allein zur Wundheilung sollte nicht unterschätzt werden. Dies weist zwar eindeutig auf Raum zur Verbesserung der Zellabgabemethoden hin, legt jedoch nahe, dass Fibrin-Mikrothreads allein ein enormes Potenzial zur Reduzierung von Fibrose und Remodellierung großer Muskelverletzungen haben , vollständiger die Fähigkeit von Mikrothreads allein und zu bestimmen, an welchem ??Punkt eine kombinatorische Zelltherapie für die vollständige Wiederherstellung von funktionellem Gewebe erforderlich ist. "

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