Pentru prima oară, oamenii de ştiinţă au reuşit să reprogrameze celulele ţesutului conjunctiv în celule stem musculare, fără ajutorul ingineriei genetice. Noua metodă permite obţinerea în condiţii de siguranţă a unor cantităţi mari de celule stem musculare în culturi celulare, ceea ce oferă un potenţial pentru tratarea pacienţilor cu boli musculare şi pentru cei care ar dori să mănânce carne, dar nu vor să ucidă animale.
Un grup de cercetători de la ETH Zurich, din Elveţia, conduşi de profesorul Ori Bar-Nur, a reuşit să cultive în laborator celule musculare de şoarece, dar cercetătorii sunt interesaţi să extindă procedeul şi la celule umane şi de vacă.
Aplicaţii promiţătoare
Ţesutul muscular uman cultivat în laborator ar putea fi folosit în chirurgie, în timp ce, în cazul celulelor stem musculare umane, acestea ar putea ajuta persoanele cu boli musculare.
De asemenea, ţesutul muscular de vacă cultivat în laborator ar putea revoluţiona industria cărnii, permiţând producerea de carne fără a fi nevoie de sacrificiul animal.
Deocamdată, însă, cercetările echipei de la ETH se concentrează pe optimizarea generării de celule stem musculare şi pe sporirea siguranţei acestui proces. Ei au reuşit acum să facă acest lucru printr-o nouă abordare.
Celule reprogramate
La fel ca şi alţi cercetători din domeniu, oamenii de ştiinţă de la ETH Zurich folosesc un tip diferit de celule, mai uşor de cultivat, ca material de plecare pentru generarea de celule musculare, şi anume celulele ţesutului conjunctiv.
Folosind un cocktail de molecule mici şi proteine, ei au reuşit să „reprogrameze" molecular aceste celule, transformându-le în celule stem musculare, care se înmulţesc apoi rapid şi produc fibre musculare.
„Această abordare ne-a permis să producem cantităţi mari de celule musculare", explică Xhem Qabrati, doctorand în grupul lui Bar-Nur şi unul dintre cei doi coautori principali ai acestui studiu.
Deşi celulele musculare ar putea fi, de asemenea, cultivate direct din biopsii musculare, celulele tind să îşi piardă funcţionalitatea după izolare, ceea ce face dificilă producerea unor cantităţi mari de celule, a explicat cercetătorul.
O componentă importantă a cocktailului utilizat - şi un catalizator central pentru transformarea celulelor - este proteina MyoD, un factor de transcripţie care reglează activitatea anumitor gene musculare în nucleul celular.
MyoD nu este prezentă în mod normal în celulele ţesutului conjunctiv. Înainte ca aceste celule să se transforme în celule musculare, oamenii de ştiinţă trebuie să le convingă să producă MyoD în nucleul lor timp de câteva zile.
Fără inginerie genetică
Până acum, cercetătorii au apelat la inginerie genetică pentru acest proces. Ei au folosit particule virale pentru a transporta informaţia ADN pentru proteina MyoD în nucleul celulei. Acolo, virusurile inserează aceste instrucţiuni de construcţie în genom, permiţând celulelor să producă proteina MyoD.
Această abordare implică însă un risc de siguranţă. Oamenii de ştiinţă nu pot controla unde anume în genom inserează virusurile instrucţiunile.
Uneori, virusurile se integrează în mijlocul unei gene vitale, deteriorând-o, în timp ce, alteori, acest proces de inserţie ar putea duce la modificări care pot declanşa formarea de celule canceroase.
De data aceasta, echipă a folosit o abordare diferită pentru a livra MyoD în celulele ţesutului conjunctiv, inspirată de vaccinurile cu ARN mesager (ARNm) pentru Covid-19.
În loc să folosească virusuri pentru a introduce informaţia ADN a genei MyoD, ei introduc în celule transcrierea ARNm a acestei gene.
Astfel, genomul celulelor rămâne neschimbat, şi se evită consecinţele negative asociate cu astfel de modificări.
ARNm permite în continuare celulelor ţesutului conjunctiv să producă proteina MyoD, astfel încât - împreună cu celelalte componente ale cocktailului optimizat de cercetătorii de la ETH - acestea se pot transforma în celule stem şi fibre musculare.
Cercetătorii au publicat recent noua lor abordare în revista npj Regenerative Medicine.
Ei sunt primii care reprogramează celulele ţesutului conjunctiv în celule stem musculare fără inginerie genetică.
Ajutor pentru distrofia musculară
Celulele musculare produse în acest mod sunt pe deplin funcţionale, după cum au demonstrat cercetătorii în experimentele cu şoareci care suferă de distrofia musculară Duchenne.
La oameni, această boală ereditară rară îi lasă pe cei care suferă de această afecţiune fără o proteină necesară pentru stabilitatea muşchilor, ceea ce înseamnă că aceştia se confruntă cu o pierdere progresivă a muşchilor şi paralizie.
Oamenii de ştiinţă de la ETH Zurich au injectat celule stem musculare în muşchii şoarecilor cu distrofie musculară Duchenne. Ei au reuşit să demonstreze că celulele stem sănătoase formează fibre musculare reparate în muşchi.
„Un astfel de transplant de celule stem musculare ar putea fi util în special pentru pacienţii cu Duchenne avansat, care sunt deja grav afectaţi de atrofie musculară", explică Inseon Kim, un alt doctorand din grupul Bar-Nur şi coautor principal al acestui studiu.
Metoda este potrivită pentru producerea unor cantităţi mari de celule stem musculare necesare în acest scop.
Mai mult, faptul că se realizează fără inginerie genetică şi fără riscurile asociate o face atractivă pentru o potenţială viitoare utilizare terapeutică la om.
Producţia alternativă de carne
Cu toate acestea, cercetătorii trebuie încă să-şi adapteze abordarea la celulele umane, acesta fiind următorul pas.
„În plus, dorim să investigăm dacă este posibilă şi transformarea celulelor de ţesut conjunctiv în celule musculare direct în organism, prin injectarea ARNm MyoD şi a celorlalte componente ale cocktailului în şoareci afectaţi de boli musculare", spune Bar-Nur. Şi această abordare ar putea ajuta într-o bună zi pacienţii umani.
În cele din urmă, echipa ar dori să încorporeze noile descoperiri în studiile în curs de desfăşurare cu celule de vacă - o altă direcţie de cercetare a laboratorului.
Ei speră că această metodă ar putea ajuta eforturile actuale de a cultiva celule stem din muşchi de animale pentru producţia de carne cultivată, o metodă alternativă de a produce carne pentru consum.
(Foto articol: Celulele stem musculare şi fibrele musculare pot fi cultivate în laborator din celule de ţesut conjunctiv reprogramate (imagine microscopică). Credit: ETH Zurich / Laboratorul Bar-Nur).
