Foto articol: ETH Zurich / Laboratorul Bar-Nur – Celulele stem musculare și fibrele musculare pot fi cultivate în laborator din celule de țesut conjunctiv reprogramate (imagine microscopică).
Oamenii de știință au reușit să reprogrameze, în premieră, celulele țesutului conjunctiv în celule stem musculare, fără ajutorul ingineriei genetice. Noua metodă permite obținerea în condiții de siguranță a unor cantități mari de celule stem musculare în culturi celulare, ceea ce oferă o potențială opțiune de tratament pentru pacienții cu boli musculare, potrivit ETH Zurich.
O echipă de cercetători de la ETH Zurich, din Elveția, conduși de profesorul Ori Bar-Nur, a reușit să cultive în laborator celule musculare de șoarece, dar cercetătorii sunt interesați să extindă procedeul și la celule umane și de vacă.
Aplicații promițătoare
Țesutul muscular uman cultivat în laborator ar putea fi utilizat în chirurgie, în timp ce, în cazul celulelor stem musculare umane, acestea ar putea ajuta persoanele cu boli musculare.
De asemenea, țesutul muscular de vacă cultivat în laborator ar putea revoluționa industria cărnii, permițând producerea de carne, fără a fi nevoie de sacrificarea animalelor.
Deocamdată, însă, cercetările echipei de la ETH Zurich se concentrează pe optimizarea generării de celule stem musculare și pe sporirea siguranței acestei metode. Ei au reușit acum să facă acest lucru printr-o nouă abordare.
Celule reprogramate
La fel ca alți cercetători din domeniu, oamenii de știință de la ETH Zurich folosesc un tip de celule diferit, mai ușor de cultivat, ca material de bază pentru generarea de celule musculare, și anume celulele țesutului conjunctiv.
Folosind un cocktail de molecule mici și proteine, ei au reușit să ,,reprogrameze” molecular aceste celule, transformându-le astfel în celule stem musculare, care se înmulțesc apoi rapid și produc fibre musculare.
,,Această abordare ne-a permis să producem cantități mari de celule musculare. Deși celulele musculare ar putea fi, de asemenea, cultivate direct din biopsii musculare, celulele tind să își piardă funcționalitatea după izolare, ceea ce face dificilă producerea unor cantități mari de celule”, a explicat Xhem Qabrati, doctorand în cadrul grupului lui Bar-Nur și unul dintre cei doi coautori principali ai acestui studiu.
O componentă importantă a cocktailului utilizat – și un catalizator central pentru transformarea celulară – este proteina MyoD, un factor de transcripție care reglează activitatea anumitor gene musculare în nucleul celular. MyoD nu este prezentă în mod normal în celulele țesutului conjunctiv. Înainte ca aceste celule să se transforme în celule musculare, oamenii de știință trebuie să le ,,convingă” să producă MyoD în nucleul lor timp de câteva zile.
Fără inginerie genetică
Până acum, cercetătorii au apelat la ingineria genetică pentru acest proces. Aceștia au folosit particule virale pentru a transporta informația ADN pentru proteina MyoD în nucleul celulei. Acolo, virusurile inserează aceste instrucțiuni de construcție în genom, permițând celulelor să producă proteina MyoD.
Totuși, această abordare implică un risc de siguranță. Oamenii de știință nu pot controla unde anume în genom inserează virusurile aceste instrucțiuni.
Uneori, virusurile se integrează în mijlocul unei gene vitale, deteriorând-o, în timp ce, alteori, acest proces de inserție ar putea duce la modificări care pot declanșa formarea de celule canceroase.
De data aceasta, Bar-Nur și colegii săi au folosit o abordare diferită pentru a livra MyoD în celulele țesutului conjunctiv, inspirată de vaccinurile cu ARN mesager (ARNm) pentru COVID-19.
În loc să folosească virusuri pentru a introduce informația ADN a genei MyoD, ei introduc în celule transcrierea ARNm a acestei gene. Prin urmare, genomul celulelor rămâne neschimbat, evitându-se efectele negative asociate cu astfel de modificări.
ARNm permite în continuare celulelor țesutului conjunctiv să producă proteina MyoD, astfel încât, împreună cu celelalte componente ale cocktailului optimizat de cercetătorii de la ETH, acestea să se transforme în celule stem și fibre musculare.
Cercetătorii au publicat recent noua lor abordare în revista NPJ Regenerative Medicine. Ei sunt primii care reprogramează celulele țesutului conjunctiv în celule stem musculare, fără inginerie genetică.
Ajutor pentru distrofia musculară
Celulele musculare produse în acest mod sunt pe deplin funcționale, după cum au demonstrat cercetătorii în experimentele cu șoareci care suferă de distrofia musculară Duchenne.
La oameni, această boală ereditară rară îi lasă pe cei care suferă de această afecțiune fără o proteină necesară pentru stabilitatea mușchilor, ceea ce înseamnă că aceștia se confruntă cu pierderea progresivă a mușchilor și cu paralizie.
Oamenii de știință de la ETH Zurich au injectat celule stem musculare în mușchii șoarecilor cu distrofie musculară Duchenne care poartă acest defect. Ei au reușit să demonstreze că celulele stem sănătoase formează fibre musculare reparate în mușchi.
,,Un astfel de transplant de celule stem musculare ar putea fi util în special pentru pacienții cu Duchenne, într-o formă avansată, care sunt deja grav afectați de atrofie musculară”, a menționat Inseon Kim, un alt doctorand din grupul Bar-Nur și coautor principal al acestui studiu.
Metoda este potrivită pentru producerea unor cantități mari de celule stem musculare necesare în acest scop. În plus, faptul că se realizează fără inginerie genetică și fără riscurile asociate o face atractivă pentru o potențială utilizare terapeutică viitoare la om.
Producția alternativă de carne
Cu toate acestea, cercetătorii trebuie încă să-și adapteze abordarea la celulele umane, acesta fiind următorul pas.
,,În plus, dorim să investigăm dacă este posibilă și transformarea celulelor de țesut conjunctiv în celule musculare direct în organism, prin injectarea ARNm MyoD și a celorlalte componente ale cocktailului în șoareci afectați de boli musculare”, a spus Bar-Nur. Și această abordare ar putea ajuta într-o bună zi pacienții (umani) cu distrofie musculară.
În cele din urmă, Bar-Nur și echipa sa ar dori să încorporeze noile descoperiri în studiile în curs de desfășurare cu celule de vacă – o altă direcție de cercetare a laboratorului.
Ei speră că această metodă ar putea sprijini eforturile actuale de a cultiva celule stem musculare ale animalelor pentru producția de carne cultivată, o metodă alternativă de a produce carne pentru consum.
