Антивозрастные эффекты упражнений без упражнений: саморасслабляющиеся мышечные имплантаты улучшают здоровье мышей

Физические упражнения делают больше, чем просто поддерживают здоровье нашего ума и тела. Они также защищают нас от воздействия старения. Ученые разработали саморасслабляющиеся мини-мышечные имплантаты, которые развивают собственную кровеносную систему и имитируют биологические преимущества упражнений, предоставляя людям с физическими ограничениями возможность получить те же преимущества.

Скелетные мышцы делают больше, чем стабилизируют суставы и обеспечивают движение. Они также действуют как эндокринный орган, выделяя сотни химических посредников, которые циркулируют по телу и помогают защищать другие органы во время упражнений. Чтобы использовать эту функцию, исследователи превратили крошечный образец мышцы из бедра мыши в живой трансплантат, вырастили его в лаборатории и имплантировали под кожу на спины мышей. Клетки развили собственные кровеносные сосуды и сформировали мышечные трансплантаты, которые остались в месте имплантации.

После имплантации в стареющих и полных мышах эти трансплантаты противодействовали возрастной атрофии мышц. Мыши развили более толстые естественные мышцы ног, потеряли меньше мышечной ткани и показали улучшенную силу и пониженное воспаление.

Трансплантаты также могли служить гибкой системой доставки гормонов. Когда они были спроектированы для производства паратиреоидного гормона, они восстановили нормальные уровни у мышей с имитируемым гипопаратиреозом. В отличие от них, версии, производящие гормон роста, вызывали значительно более быстрый набор веса и значительный рост мышей. Результаты опубликованы в Nature Aging.

Старение населения и все более малоподвижный образ жизни приводят к увеличению хронических заболеваний, от диабета 2 типа и сердечных заболеваний до остеопороза и тяжелой потери мышц. Упражнения - это мощная защита от этих состояний, потому что активные скелетные мышцы выделяют сигналы, которые помогают снизить воспаление и защитить организм. Проблема в том, что пациенты, которые могли бы больше всего выиграть, могут быть неспособны к упражнениям из-за тяжелых заболеваний, травм или инвалидности.

Клетки мышечных стволовых клеток - многообещающие кандидаты для клеточной терапии, потому что они могут выживать длительное время и легко выращиваться и генетически модифицироваться в лаборатории. Ученые пытались использовать трансплантаты мышечных клеток для восстановления и лечения болезней, но не добились большого успеха. Основной проблемой было сохранение жизни трансплантированных клеток. Более 90% умирают в течение 48 часов, потому что они не могут установить адекватное кровоснабжение и остаются без достаточного количества кислорода и питательных веществ.

Команда преодолела эту проблему, сначала выращивая мышечные стволовые клетки в лаборатории и созревая их в мышечно-коммитированные клетки или миоциты. Прямое введение этих клеток под кожу обычно не удается, потому что они слипаются и задыхаются от недостатка кислорода. Вместо этого исследователи использовали затупленную иглу для создания небольшого кармана под кожей на спинах мышей, затем заполнили его 6 миллионами мышечных клеток, смешанных с Matrigel, желатинообразным материалом-каркасом, используемым для трансплантатов.

Трансплантированные клетки не погибли, а выжили по крайней мере 81 день. Они созрели в организованную мышечную ткань с собственными кровеносными сосудами и спонтанно и непрерывно сокращались без внешней стимуляции.

Терапевтические преимущества были протестированы на четырех различных группах животных: нормальные молодые взрослые мыши, пожилые мыши, полные мыши и мыши с дефицитом гормонов.

Эксперименты показали, что трансплантаты замедляют потерю мышц, одновременно повышая плотность костей, силу захвата и выносливость при беге у мышей. Обработанные мыши имели меньше дегенерирующих клеток в гиппокампе и показали лучшие результаты в тестах пространственного обучения и памяти. Команда также наблюдала метаболические преимущества от этих трансплантатов: повышенное сжигание жира, более низкий уровень сахара в крови и более низкий общий холестерин.

У мышей, оставленных с опасно низким содержанием кальция и высоким содержанием фосфата после удаления паращитовидных желез, трансплантаты, производящие паратиреоидный гормон, восстановили недостающий гормон и привели оба минерала в норму.

Вместе с этими преимуществами мини-мышцы остались там, где они были введены, не распространились на другие органы и не показали признаков опухолей или рака.

Исследователи считают, что эти результаты указывают на реальную возможность использования клеточной и генной терапии для лечения болезней старения.