这一进展建立在2015年发布的工作基础上，当时杜克大学的研究人员从肌肉活检组织中获得了第一个功能性人体肌肉组织。使用非肌肉组织从细胞划痕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容易的途径，并为药物发现和基础生物学研究开发个性化的稀有肌肉疾病模型。
杜克大学生物医学工程教授Nenad Bursac说：“从不是肌肉细胞的多能干细胞开始，但可以成为我们体内所有现有的细胞，这使我们能够生长无限数量的肌源性祖细胞。”“这些祖细胞类似于称为'卫星细胞'的成体肌肉干细胞，理论上可以从单个细胞开始生长整个肌肉。”
在他们之前的工作中，Bursac和他的团队开始从肌肉活组织检查获得的人体细胞的小样本，称为“成肌细胞”，已经超过干细胞阶段，但还没有成为成熟的肌纤维。他们将这些成肌细胞生长了许多倍，然后将它们放入一个支持性的3-D脚手架中，这个脚手架充满了滋养凝胶，使它们能够形成对齐的功能性人体肌纤维。
在这项新研究中，研究人员开始研究人类诱导的多能干细胞。这些细胞取自成人非肌肉组织，如皮肤或血液，并重新编程以恢复原始状态。然后生长多能干细胞，同时充满一种名为Pax7的分子，该分子表示细胞开始变成肌肉。
随着细胞增殖，它们变得非常相似，但不如成体肌肉干细胞那么强壮。虽然以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性骨骼肌。
杜克大学的研究人员在先前的尝试失败之前取得了成功
“这需要多年的反复试验，做出有根据的猜测，并采取婴儿步骤，最终从多能干细胞中产生功能性人体肌肉，”Bursac实验室的博士后研究员，该研究的第一作者Lingjun Rao说。“产生差异的是我们独特的细胞培养条件和3-D基质，它使细胞生长和发育的速度更快，速度更快，而且比更常用的2-D培养方法更长。”
一旦细胞完全成为肌肉，Bursac和Rao就停止提供Pax7信号分子并开始给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，经过2到4周的3-D培养后，由此产生的肌肉细胞形成肌纤维，这些纤维收缩并对外部刺激作出反应，如电脉冲和模仿神经元输入的生化信号，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，并显示它们存活并起作用至少三周，同时通过血管形成逐渐融入天然组织。
然而，由此产生的肌肉不如天然肌肉组织强壮，并且还缺乏先前从肌肉活组织检查开始的研究中生长的肌肉。尽管有这样的警告，研究人员表示，这种肌肉仍然具有潜力，而较强壮的老年亲属则没有。
多能干细胞衍生的肌肉纤维形成“卫星样细胞”的储库，这是正常成人肌肉修复损伤所必需的，而来自先前研究的肌肉具有更少的这些细胞。与活组织检查方法相比，干细胞方法还能够从较小的起始批次中生长更多的细胞。
这两个优点都指向了使用这种新方法进行再生疗法和为未来研究和个性化医疗保健创建罕见疾病模型的可能性。
“研究罕见疾病的前景对我们来说尤其令人兴奋，”布尔萨克说。“当孩子的肌肉已经远离Duchenne肌肉营养不良症时，从他们身上取出肌肉样本并做进一步的伤害是不道德的。但是，通过这种技术，我们可以采取一小部分非肌肉组织样本，如皮肤或血液，将获得的细胞恢复到多能状态，并最终生长出无穷无尽的肌肉纤维进行测试。“
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