工程师从皮肤细胞中生长出人的肌肉

这一进步是建立在2015年发表的工作的基础上的，当时杜克大学的研究人员从通过肌肉活检获得的细胞中生长出了第一个起作用的人肌肉组织。使用非肌肉组织从细胞抓伤开始的能力将使科学家能够生长更多的肌肉细胞，为基因组编辑和细胞疗法提供更简便的途径，并开发针对药物发现和基础生物学研究的个性化罕见肌肉疾病模型。

杜克大学生物医学工程教授内纳德·布尔萨克(Nenad Bursac)说：“从不是肌肉细胞的多能干细胞开始，而是可以变成我们体内所有现有的细胞，这使我们能够生长无限数量的成肌祖细胞。”“这些祖细胞类似于称为“卫星细胞”的成年肌肉干细胞，理论上可以从单个细胞开始生长整个肌肉。”

在先前的工作中，Bursac和他的团队从从肌肉活检样本中获得的人体细胞小样本开始，称为“成肌细胞”，这些样本已经发展到了干细胞阶段之外，但是还没有变成成熟的肌肉纤维。他们将这些成肌细胞生长了许多倍，然后将它们放入充满营养凝胶的支撑性3D脚手架中，从而使它们能够形成对齐并起作用的人体肌肉纤维。

在这项新研究中，研究人员从人类诱导的多能干细胞开始。这些是从成人的非肌肉组织(如皮肤或血液)中提取的细胞，并经过重新编程以恢复为原始状态。然后，多能干细胞在被称为Pax7的分子充满时生长，这表明细胞开始变成肌肉。

随着细胞的增殖，它们变得与成年肌肉干细胞非常相似，但不如其强大。尽管先前的研究已经完成了这一壮举，但是没有人能够将这些中间细胞生长为功能正常的骨骼肌。

在先前的尝试失败的地方，杜克大学的研究人员取得了成功。

Bursac实验室的博士后研究员，该研究的第一作者Ringjun Rao说：“经过多年的反复试验，经过有根据的猜测，并采取了一些步骤，最终才能从多能干细胞中产生功能正常的人体肌肉。”“与众不同的是我们独​​特的细胞培养条件和3-D基质，它使细胞的生长和发育比更常用的2-D培养方法更快，更长。”

一旦细胞顺利进入肌肉状态，Bursac和Rao就停止提供Pax7信号分子，并开始为细胞提供完全成熟所需的支持和营养。

在这项研究中，研究人员表明，在进行3-D培养2至4周后，产生的肌肉细胞会形成肌肉纤维，这些纤维会收缩并对外部刺激(例如电脉冲和模仿神经元输入的生化信号)做出反应，就像天然肌肉组织一样。他们还将新生长的肌肉纤维植入成年小鼠体内，结果表明它们能够存活并发挥至少三周的功能，同时通过血管形成逐步整合到天然组织中。

但是，最终产生的肌肉不如天然肌肉组织强壮，并且也与先前从肌肉活检开始的研究中所生长的肌肉相差甚远。尽管有这些警告，研究人员说，这种肌肉仍然具有强者，年长者所没有的潜力。

来自多能干细胞的肌肉纤维会形成“卫星样细胞”的储存库，这是正常成年肌肉修复损伤所必需的，而先前研究的肌肉中这些细胞少得多。与活检法相比，干细胞法还可以从较小的起始批次中培养出更多的细胞。

这两个优点都表明使用这种新方法进行再生疗法以及创建罕见疾病模型以用于未来研究和个性化医疗保健的可能性。

“研究稀有疾病的前景对我们来说尤其令人兴奋，”布尔萨克说。“当孩子的肌肉已经从杜兴氏肌营养不良症中消失时，从他们的肌肉样本中取样并进一步造成损害是不道德的。但是通过这种技术，我们只需要采集少量的非肌肉组织(如皮肤或血液)样本，即可将获得的细胞恢复为多能状态，并最终生长出无数的功能性肌纤维进行测试。”

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