Duke universiteto biomedicinos inžinieriai sukūrė naują metodą, skirtą geriau suprasti ir išbandyti ypač retų raumenų sutrikimų grupę, vadinamą disferlinopatija arba galūnių juostos raumenų distrofija 2B (LGMD2B). Taikant šį metodą, iš kamieninių ląstelių laboratorijoje išauginamas sudėtingas, funkcinis 3D raumenų audinys, sukuriama platforma, atkartojanti paciento simptomus ir gydymo atsakus.
Savo debiutiniame tyrime mokslininkai atskleidžia kai kuriuos biologinius mechanizmus, kuriais grindžiamas būdingas LGMD2B sukeltas mobilumo praradimas. Jie taip pat rodo, kad esamų gydymo būdų derinys gali palengvinti kai kuriuos blogiausius ligos simptomus.
Rezultatai rodomi žurnale Pažangus mokslas.
LGMD2B paveikia tik apie aštuonis žmones iš milijono visame pasaulyje. Skirtingai nuo labiau žinomos ir labiau paplitusios giminės Diušeno raumenų distrofijos, šia liga serga ir vyrai, ir moterys, ji pasireiškia vėliau – paauglystėje ar 20-ies metų pradžioje – ir retai būna mirtina. Tačiau LGMD2B pacientams pasireiškia stiprus kojų ir pečių silpnumas, dėl kurio jiems paprastai visą likusį gyvenimą reikia naudotis neįgaliųjų vežimėliais.
Dėl genetinio sutrikimo LGMD2B neleidžia organizmui sukurti visiškai funkcionalios baltymo, vadinamo disferlinu, formos. Šiuo metu nėra patvirtintų gydymo ar gydymo būdų. Dalis šio pasirinkimo trūkumo priežasčių yra daugybė disferlino funkcijų, įskaitant skylių sandarinimą raumenų membranose, kalcio balanso, reikalingo raumenų susitraukimui, reguliavimą ir ląstelių metabolizmo kontrolę. Ir dėl nežinomų priežasčių pažeisti raumenys iš pradžių kaupia riebalus pačiose raumenų skaidulose, o vėliau išsigimsta ir galiausiai juos pakeičia riebalinės ląstelės.
„Šis reiškinys yra labai retas net esant raumenų distrofijoms“, – sakė Duke'o biomedicinos inžinerijos profesorius Nenadas Bursacas. „Bendruomenėje degantis klausimas, kodėl taip nutinka.
Vienas iš iššūkių, su kuriais susiduria mokslininkai, bandantys išspręsti šias problemas, yra tai, kad pelės modelis, naudojamas apytiksliai LGMD2B, rodo labai lengvus simptomus, palyginti su pacientais. Pelės, sergančios šia liga, vis dar gali vaikščioti, o ji pasireiškia tik praėjus beveik metams po jų dvejų metų gyvenimo, todėl ligos tyrimai labai sulėtėja.
Disferlinas ekspresuojamas kitų tipų ląstelėse, o metabolinio kuro, pvz., cholesterolio, kiekis kraujyje taip pat keičiasi pelėms ir pacientams. Kartu tai apsunkina LGMD2B tyrimus, nes sunku įvertinti, kokie ląstelių tipai yra atsakingi už ligą ir ar metaboliniai pokyčiai atsiranda dėl paties disferlino praradimo ar viso kūno poveikio.
Norėdami įveikti šiuos iššūkius, Bursac ir jo mokslininkas Alastairas Khodabukus kreipėsi į inžinerinę raumenų platformą, kurią jie kūrė beveik dešimtmetį. „Bursac Lab“ buvo pirmoji, kuri Petri lėkštelėje užaugino susitraukiančius, funkcionalius žmogaus skeleto raumenis ir nuo to laiko tobulina jų procesus, kad būtų galima tirti raumenų jėgą, medžiagų apykaitą ir atstatymą. Ši sistema leido jiems sutelkti savo tyrimą tik į disferlino poveikį skeleto raumenims be kitų ląstelių tipų komplikacijų ar pakitusių kraujo metabolitų profilių.
Tyrimo metu mokslininkai pradėjo nuo indukuotų pluripotentinių kamieninių ląstelių (IPSC), gautų iš pacientų, sergančių LGMD, tiekiamų Jain fondo – labdaros organizacijos, kurios tikslas – rasti gydymą nuo LGMD2B. Naudodama raumenų auginimo metodus, laboratorija šias kamienines ląsteles subrandino į raumenų skaidulas ir šešias savaites atliko daugybę bandymų.
Kaip ir pačių pacientų raumenys, laboratorijoje užaugintos versijos turėjo daug įvairių problemų.
„Apskritai mūsų modelis pakartojo daug klinikinių ligos apraiškų ir stebėjimų, atliktų tikriems pacientams, tačiau visa tai buvo padaryta Petri lėkštelėje“, – sakė Bursac. „Mes galėjome įgyti naujų įžvalgų apie raumenų specifinius ligos aspektus.”
Tyrėjai išsiaiškino, kad raumenų jėgos sumažėjimą lėmė ne raumenų struktūros ar dydžio trūkumai, o tai, kad jie tvarkomi su kalciu. Raumenų susitraukimus fiziškai sukelia kalcio rezervuarai raumenų ląstelėse, kurie išsiskiria ir prisijungia prie raumenų baltymų. Bandymai parodė, kad sergančiose raumenų ląstelėse atsirado kalcio atsargų nuotėkio, dėl ko mažiau išsilaisvina kalcio, o susitraukimai buvo silpnesni.
Tyrėjai taip pat parodė, kad dėl disferlino trūkumo raumenų ląstelės buvo nepataisomos ir kad nesugebėjimas sudeginti riebalų rūgščių energijai gaminti bent iš dalies buvo kaltas dėl riebalų kaupimosi raumenų skaidulose, kurie ilgą laiką glumino mediciną. bendruomenė.
„Mes atkartojome tai, kas buvo pastebėta pacientams, ir parodė, kad tai ne dėl aplinkos veiksnių organizme, o dėl problemų pačiame raumenyje“, – sakė Khodabukus.
Tada mokslininkai išbandė dviejų vaistų kandidatų poveikį, kad galėtų gydyti ligą, kuri buvo nustatyta naudojant pelių modelius, bet dar nebuvo išbandyta žmonėms. Vienas, vadinamas dantrolenu, turėtų sustabdyti kalcio nutekėjimą iš raumenų ląstelių rezervuarų. Antrasis, vadinamas vamorolonu, neseniai buvo patvirtintas naudoti pacientams, sergantiems Diušeno raumenų distrofija, nors mokslininkai visiškai nesupranta, kaip jis veikia.
Kartu vaistai užkirto kelią kalcio nutekėjimui ir padėjo ląstelių membranai atsistatyti, atstatydami didžiąją dalį raumenų jėgos. Ir nors jie taip pat padėjo sumažinti raumenyse susikaupusių riebalų kiekį, jie visiškai to neapsaugo ir nepadėjo raumenims efektyviai deginti riebalus kurui gauti.
Einant į priekį, grupė planuoja įtraukti imunines ir riebalų ląsteles į savo eksperimentus, kad jie būtų sudėtingesni. Jie taip pat nori toliau suprasti ląstelių metabolizmo sutrikimus ir rasti naujų vaistų, kurie visiškai atstato visas jėgas, atstato ir medžiagų apykaitos trūkumą.
„Šiuo metu mes turime pagrindinę tik raumenų sistemą, kuri puikiai mato ligos poveikį pačiame raumenyje, tačiau taip pat svarbu yra imuninių ląstelių, riebalų ląstelių ir raumenų ląstelių susikirtimas”, – sakė Khodabukus. „Tikimės, kad labiau išplėtodami savo sistemą galėsime visiškai išsiaiškinti, kas lemia šių pacientų raumenų praradimą ir jų pakeitimą riebalais.