Ученые создали мышечный трансплантат, который имитирует часть эффектов физических упражнений без тренировок

Авторы нового исследования пересадили под кожу грызунам мышечные клетки, из которых у животных сформировалась дополнительная постоянно сокращающаяся мышечная ткань. В экспериментах трансплантат помог увеличить мышечную массу, улучшить работу мышц, а также замедлить ряд возрастных изменений, в том числе подавить некоторые признаки нейродегенерации. В будущем такой подход может позволить воспроизводить эффект физических упражнений у людей с ограниченными возможностями.

В научной литературе скелетную мышечную ткань — упругую, эластичную, способную сокращаться под влиянием нервных импульсов — давно рассматривают не только как часть опорно-двигательной системы, но и как эндокринный орган. При сокращении мышечные волокна вырабатывают и выделяют различные сигнальные молекулы, в том числе миокины. Они участвуют в обмене сигналами между мышцами и другими тканями, а также могут влиять на обмен веществ, иммунную систему, печень, сосуды и головной мозг. 

Такая активность мышц усиливается при физической нагрузке. То есть во время занятий спортом сокращающиеся мышечные волокна начинают выделять еще больше сигнальных молекул, что благоприятно влияет на работу различных органов и систем организма. Поэтому во многих странах врачи считают физкультуру важным элементом поддержания здоровья и рекомендуют заниматься ею пожилым. 

Однако для многих людей с тяжелыми травмами, параличом или хроническими заболеваниями полноценная физическая активность затруднительна. Когда человек длительное время остается без движения, у него может развиться атрофия мышц. 

Врачи давно пытаются помочь таким людям с помощью лекарств и электростимуляции. Но таблетки пока не могут запустить сложный комплекс реакций, который возникает при настоящем сокращении мышц. Электростимуляция вызывает сокращение мышц, однако требует специального оборудования и регулярных процедур, что весьма неудобно.

Команда китайских специалистов по регенеративной медицине под руководством Нг Ши-Чана (Ng Shyh-Chang) из Китайской академии наук пошла другим путем. Ученые попытались создать «живой мышечный модуль», который позволил бы воспроизводить эффект физических нагрузок без обычных тренировок. 

Чан и его коллеги взяли у живых мышей миосателлитные клетки, которые располагаются между мышечными волокнами и окружающей их базальной мембраной и выполняют у грызунов функцию стволовых, а после вырастили их в лаборатории. Там они превратились в зрелые мышечные клетки. После этого ученые пересадили примерно шесть миллионов таких клеток под кожу мышам, и уже внутри организма из них сформировалась зрелая мышечная ткань, способная непрерывно сокращаться (даже во время сна). По структуре и свойствам этот трансплантат был сопоставим со скелетной мышечной тканью. 

При таком подходе недостаточно просто пересадить клетки — они должны выжить, интегрироваться с тканями организма, получать кислород, питательные вещества и сохранять нужную функцию, чего и добились китайские ученые. 

Дальнейшие эксперименты показали, что небольшой участок постоянно работающей мышечной ткани способен оказывать системное воздействие на организм. У мышей с трансплантатом увеличилась общая мышечная масса, улучшились мышечная функция и работоспособность, а также изменились показатели работы иммунной системы. Животные демонстрировали большую физическую силу и выносливость по сравнению с контрольной группой.

Более того, положительный эффект наблюдали и у пожилых мышей с трансплантатом, чей возраст составлял 18 месяцев. У этих животных не только зафиксировали рост общей мышечной массы, улучшение функции мышц, но и замедление ряда возрастных изменений иммунной системы, печени.

В отдельных экспериментах трансплантат также помог подавить некоторые признаки нейродегенерации. У старых грызунов с искусственно вызванным ожирением дополнительная мышечная ткань сократила признаки повреждения печени и снизила уровень воспаления. Кроме того, эти животные лучше выполнили поведенческий тест: быстрее проходили лабиринт, что указало на улучшение когнитивных функций.

Опыты над животными проводили не менее 81 дня. За этот период не обнаружили роста опухоли в трансплантатах.

Исследователи планируют испытать свою технологию на людях со спинальной мышечной атрофией. Если метод окажется безопасным и эффективным, мышечный трансплантат может стать дополнительным инструментом восстановления. 

Отметим, что речь не идет о полноценной замене физических упражнений. Обычная тренировка одновременно воздействует на множество систем организма: увеличивает работу сердечно-сосудистой системы, тренирует нервно-мышечный аппарат и создает механическую нагрузку на кости. Подкожный трансплантат способен воспроизводить лишь часть сигналов и эффектов, связанных с работой мышц. 

Научная работа опубликована в журнале Nature Aging.