Nowy mięsień z żelu

Mięśnie to największa tkanka w ciele. Można je klasyfikować na kilka sposobów, jednak, główny podział dzieli je na takie, które są automatycznie kontrolowane przez mózg, np. kurczące się podczas bicia serca oraz te, na które człowiek wpływ podczas poruszania się. Niektóre z nich są krótkie (np. mięśnie uszne), inne długie, jak mięsień łączący się z kolanem i kostką, a nawet palcami u nóg za pomocą długich ścięgien. Każdy z nich jest niezwykle odporny na rozciąganie i nacisk, lecz ma swoje ograniczenia i wytrzymałość, a więc podobnie do innych tkanek w ciele, może zostać uszkodzony. Nagłe szarpnięcie lub skręcenie może je nadwyrężyć prowadząc do krótkotrwałego dyskomfortu. Z kolei w skrajnych przypadkach niektórych chorób, takich jak nowotwory, dystrofia mięśni lub uszkodzenia mechanicznego np. w wyniku wypadku lub operacji, całkowity powrót mięśnia do stanu pierwotnego może być niemożliwy. Pomimo imponującej zdolności ludzkiego organizmu do codziennej regeneracji, w niektórych przypadkach mięśnie szkieletowe nie mogą zostać w pełni obudowane.

Tuż po uszkodzeniu pojawia się zapalenie i obrzęk, a wraz z nimi organizm zaczyna produkować maleńkie włókna będące prekursorami mięśnia. Powstają on w procesie miogenezy, a ich rolą jest stworzenie nowej, odbudowanej, w pełni sprawnej tkanki mięśniowej. Przy niewielkich uszkodzeniach, mięsień może całkowicie wyzdrowieć, ale naprawa dużych ubytków masy mięśniowej bywa niemożliwa, a szkody są nieodwracalne. To sprawia, że ​​odbudowa i poprawa funkcjonalności mięśni jest jednym z największych wyzwań biomedycznych naszych czasów.

Marco Costantini z IChF PAN wraz z międzynarodowym zespołem naukowców zaprezentował metodę wytwarzania substytutu mięśnia na bazie biokompatybilnego żelu przypominający strukturą makaron typu spaghetti. Żel ten produkowany jest z polimerów naturalnych innowacyjną metodą biodruku 3D za pomocą urządzenia mikroprzepływowego. Co zaś najważniejsze, zawiera komórki mięśniowe, będące prekursorami włókien mięśniowych, które stopniowo narastają w polimerowej matrycy. Wszczepienie do uszkodzonego mięśnia takiego żelu biomimetycznego z komórkami umożliwia regenerację uszkodzonych tkanek.

– Nasz system biodruku został zaprojektowany tak, aby dokładnie naśladować wysoce anizotropową architekturę mięśni szkieletowych, co skutkuje skutecznym wytworzeniem prekursorów mięśni w dowolnej formie – mówi dr Costantini.

Wydrukowany żel wraz z komórkami poddawany jest hodowli in vitro przez tydzień w celu stymulacji wzrostu komórek, a następnie wszczepia się go do uszkodzonych tkanek.

Naukowcy przeprowadzili eksperyment na myszy, u której uraz był na tyle duży, że częściowa regeneracja (20 proc.) trwałaby długie miesiące. Za pomocą swojego żelu przywrócili 90 proc. funkcji mięśni w zaledwie 20 dni.

– Teraz musimy rozszerzyć naszą platformę na wytwarzanie żelu na większą skalę, aby wspierać regenerację mięśni u dużych zwierząt. Mamy nadzieję, że ta technologia niebawem będzie gotowa do zastosowania klinicznego u ludzi – mówi naukowiec.

Wyniki badań zostały opublikowane w „EMBO Molecular Medicine”.

____________________________________________

źródło: Instytut Chemii Fizycznej PAN