Биомедицинские инженеры из Университета Дьюка доказали, что человеческая мышца обладает врожденной способностью предотвращать разрушительные эффекты хронического воспаления при физической нагрузке. Открытие стало возможным благодаря использованию выращенных в лаборатории искусственных человеческих мышц, демонстрирующих потенциальную мощь первой в своем роде платформы в подобных исследованиях.

Результаты исследования появятся в Интернете 22 января в журнале Science Advances.

"Во время физических упражнений в организме человека происходит множество процессов, и трудно определить, какие системы и клетки делают то, что происходит внутри активного человека", - говорит Ненад Бурсак, профессор биомедицинской инженерии в университете Дьюка. "Наша инженерная мышечная платформа является модульной, что означает, что мы можем смешивать и сочетать различные типы клеток и компонентов тканей, если захотим. Но в этом случае мы обнаружили, что мышечные клетки способны самостоятельно принимать противовоспалительные действия."

Воспаление по своей сути не является ни хорошим, ни плохим. Когда тело повреждено, начальная низкоуровневая реакция воспаления очищает мусор и помогает тканям восстановиться. В других случаях иммунная система чрезмерно реагирует и создает воспалительную реакцию, которая вызывает повреждение, как часто смертельные цитокиновые бури, вызванные некоторыми случаями COVID-19. Кроме того, существуют заболевания, которые приводят к хроническому воспалению, такие как ревматоидный артрит и саркопения, которые могут привести к истощению мышц и ослаблению их способности сокращаться.

Среди многих молекул, которые могут вызвать воспаление, одна провоспалительная молекула, в частности интерферон гамма, была связана с различными типами мышечного истощения и дисфункции. В то время как предыдущие исследования на людях и животных показали, что физические упражнения могут помочь смягчить последствия воспаления в целом, было трудно определить, какую роль могут играть сами мышечные клетки, не говоря уже о том, как они взаимодействуют со специфическими молекулами-нарушителями, такими как интерферон гамма.

"Мы знаем, что хронические воспалительные заболевания вызывают атрофию мышц, но мы хотели посмотреть, произойдет ли то же самое с нашими искусственными человеческими мышцами, выращенными в чашке Петри", - сказал Чжаовэй Чэнь, постдокторский исследователь в лаборатории Бурсака и первый автор статьи. "Мы не только подтвердили, что интерферон гамма в основном работает через специфический сигнальный путь, но и показали, что тренирующиеся мышечные клетки могут непосредственно противостоять этой провоспалительной сигнализации независимо от присутствия других типов клеток или тканей."

Чтобы доказать, что только мышцы способны блокировать разрушительную силу интерферона гамма, Бурсак и Чен обратились к инженерной мышечной платформе, которую лаборатория разрабатывала почти десять лет. Они были первыми, кто вырастил сокращающуюся, функциональную скелетную мышцу человека в чашке Петри, и с тех пор лаборатория улучшала свои процессы, например, добавляя в рецепт иммунные клетки и резервуары стволовых клеток.

В настоящем исследовании исследователи взяли эти полностью функциональные, выращенные в лаборатории мышцы и залили их относительно высоким уровнем гамма-интерферона в течение семи дней, чтобы имитировать эффекты длительного хронического воспаления. Как и ожидалось, мышцы стали меньше и потеряли большую часть своей силы.

Затем исследователи снова применили гамма-интерферон, но на этот раз также провели мышцу через имитированный режим упражнений, стимулируя ее парой электродов. Хотя они ожидали, что процедура вызовет некоторый рост мышц, как было показано в их предыдущих исследованиях, они были удивлены, обнаружив, что она почти полностью предотвратила последствия хронического воспаления. Затем они показали, что имитация физических упражнений ингибирует определенный молекулярный путь в мышечных клетках и что два препарата, используемые для лечения ревматоидного артрита, тофацитиниб и барицитиниб, которые блокируют один и тот же путь, оказывают одинаковое противовоспалительное действие.

"Во время тренировки сами мышечные клетки непосредственно противостояли провоспалительному сигналу, индуцированному гамма-интерфероном, чего мы не ожидали", - сказал Бурсак. "Эти результаты показывают, насколько ценными могут быть выращенные в лаборатории человеческие мышцы для открытия новых механизмов заболевания и потенциальных методов лечения. Существуют представления о том, что оптимальные уровни и режимы физических упражнений могут бороться с хроническим воспалением, не перенапрягая клетки. Возможно, с помощью нашей искусственной мускулатуры мы сможем выяснить, верны ли такие представления."

ИСТОЧНИК