Kunstige muskler med stort potentiale

Et amerikansk forskerhold har skabt små kunstige menneskelige muskler, der kan trække sig sammen og som reagerer på neurale og elektriske stimuli, ligesom rigtige muskler gør. Det overraskende er, at muskelfibrene fremstilles af hudceller og ikke af muskelceller.

Tidligere har forskere været i stand til at lave muskelceller fra andre typer celler; men ingen har hidtil formået at lave fungerende muskelfibre fra andet end muskelceller (muskelfibre er grupper af muskelceller). For at kunne udvikle muskelfibre på basis af en patients stamceller, er det nødvendigt at tage vævsprøver fra patienten, og det vil man nødigt gøre i allerede syge muskler. Målet har derfor været, at udvikle muskelfibre fra andre celler.

Det vellykkede eksperiment, som blev beskrevet i en artikel i tidsskriftet Nature Communications, vil medvirke til, at forskere bedre kan studere genetiske former for muskelsvind og teste nye behandlinger.

I undersøgelsen indledte forskerne med at tage celler fra hudprøver fra mennesker. De brugte en kendt teknik til at gøre disse celler til såkaldte ”inducerede pluripotente stamceller” – det vil sige celler, der kan omforme sig til enhver form for human celle. Derefter kunne forskerne anvende en ny metode, de selv udviklede, til at omdanne disse pluripotente stamceller til muskelstamceller, der kaldes myogene stamceller.

“Vi tager disse frembragte pluripotente stamceller fra en person, og så laver vi dem til muskelceller ved at få dem til at udtrykke et protein kaldet Pax7, som signalerer til cellerne om at skifte til muskelceller”, siger seniorforsker Nenad Bursac, professor på Institute for Biomedical Engineering ved Duke University i North Carolina. “Det tager cirka tre uger, inden de er omprogrammeret”.

Ved hjælp af kun én pluripotent stamcelle fra en donor, kan forskerne skabe tusindvis af muskel- stamceller, fortæller forskeren. Det skyldes, at når man én gang har forvandlet en stamcelle til en muskelstamcelle, så kan disse celler formere sig yderligere.

Hvem har brug for nye muskler?

Udviklingen vil kunne forbedre forskernes evne til at studere genetisk betingede muskelsygdomme som Duchennes Muskeldystrofi, som påvirker 1 ud af hver 3.600 fødte spædbørn over hele verden. Sygdommen er lokaliseret til muskelcellerne og skyldes en defekt i dannelsen af et enkelt protein, dystrofin, som har betydning for at holde muskelcellerne intakte. Mangel på dystrofin medfører fremadskridende muskelsvækkelse. Personer med Duchennes Muskeldystrofi begynder at udvise muskelsvaghed omkring 4 års-alderen. Sygdommen rammer kun drenge og udvikler sig hurtigt og ved 12-årsalderen mister patienterne evnen til at gå. De fleste dør omkring de 26 år ifølge tilgængelige data.

“Ved genetiske sygdomme hos pædiatriske patienter er musklerne allerede beskadigede, og det er ikke godt for dem, hvis vi tager biopsier,” sagde Bursac. “Med denne ny metode har vi mulighed for at generere muskelprøver fra deres hud eller tage blodprøver”.

De muskelfibre, som forskerne skabte i forsøget, fungerer fuldt ud, og derfor kan de nu studere, hvorledes fibrene reagerer på forskellige behandlinger.

“Ved at være i stand til at danne fungerende muskler, kan vi studere forskellige parametre og se, om visse behandlinger kan føre til forbedring af muskelstyrke og muskelsammentrækning,” forklarer professor Bursac. “Vi håber, at dette vil give mere præcise resultater end dyreforsøg”.

Professoren bemærker, at nogle stoffer, der virker i mus, kan være giftige for mennesker. At have disse kunstige menneskelige muskelfibre vil derfor hjælpe med at tilpasse udviklingen af ​​nye sikre behandlinger, som konkret retter sig mod mennesker, mener han.

Men de muskelfibre som forskerne i laboratoriet indtil nu har kunnet skabe er ganske små. Størrelsen af ​​de muskelfibre der pt. kan dyrkes er begrænset, og muskelfibrene er derfor ikke større end en centimeter eller to. Det begrænser endnu anvendelsen, men Nenad Bursac håber, at en fortsat udvikling af teknikken i fremtiden vil kunne bruges til at reetablere og omforme en patients skadede celler til sunde celler og derved forbedre patientens livskvalitet.

“Fordi vi endnu kun kan kreere begrænsede størrelser af muskelfibre, så kan vi ikke bruge dem til at behandle store muskelskader,” fortæller professor Bursac. “Men hvis der er en lokal skade, især i specifikke muskler, så kan vævstekniske applikationer som denne bruges til lokal reparation af musklen”.
Interviewet blev oprindeligt bragt I Live Science,  januar 2018.

Hvordan foregår det? De frembragte pluripotente stamceller fra en person omdannes til muskelceller ved at få dem til at udtrykke et protein kaldet Pax7, som signalerer til cellerne om at skifte til muskelceller. Når forskerne har tilstrækkeligt med muskel-stamceller at arbejde med, slår de Pax7-proteinet fra (det protein, der indtil da har signaleret til stamcellerne om at transformere sig). Derefter bliver muskelcellerne placeret i en 3D-kultur, der indeholder forskellige næringsstoffer og vækstfaktorer, der stimulerer cellerne til at organisere sig i muskelfibre. Efter yderligere tre uger dannes der stykker af muskelvæv op til 2 centimeter lange og næsten 1 millimeter i diameter. Så begynder testene. “Vi kan udsætte dette muskelvæv for alle de klassiske fysiologiske test, som du kan måle i et dyr eller et menneske,” fortæller professor Bursac. I dette studie byggede hans team på et gennembrud, de havde opnået tre år tidligere, da de blev verdens første forskergruppe, som formåede at fremstille fungerende menneskelige muskelfibre fra celler taget fra muskelbiopsier. Muskelfibre fra muskler er stærkere end muskelfibre fremstillet af hudceller, og derfor retter forskergruppens fremtidige arbejde sig mod bl.a. at løse dette problem.