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scimonth - eLIFE | 2015-01-19 | 人氣:2181

杜克大學的研究人員在實驗室裡成功培養出人類骨骼肌細胞,並且能如同活體組織般,在受到外部刺激時,例如:電擊、生化訊息以及藥物影響下正常收縮,產生反應。

這張於顯微鏡底下所拍攝的染色細胞照片為實驗室裡培養的肌束細胞,肌束細胞為肌肉的基本組成元件,且與蛋白(圖中紅色處)結合在一起,為人類肌肉細胞之特徵。

(圖片來源:杜克大學  雷納德‧伯賽克)

 

這種在實驗室裡培養出來的細胞,即將成為研究人員在體外測試新藥、研究人體異常肌肉疾病的最佳模型。

這場研究由杜克大學的生物工程學副教授雷納德‧伯賽克所主導,同時還有伯賽克實驗室裡的博士後研究人員羅倫‧梅登。這篇論文開放發表於eLife。

「該研究精美之處在於提供了一個測試樣本,讓臨床試驗可在培養皿上進行。」伯賽克表示。「我們正致力於讓藥物測試在有效且在不危及病患自身健康狀況下進行,同時我們也希望能重現肌肉疾病所導致的病理與分子作用 — 特別是在罕見且難以進行肌肉活檢的疾病上」

伯賽克與梅登利用了少許剛從幹細胞分離,但尚未分化成肌肉組織的人體細胞。他們將這種「肌原前驅細胞(myogenic precursors)」的數量增加至一千倍,接著將這些細胞放到一個有助細胞生長,佈滿3D支架且充滿營養的凝膠上頭,讓這些肌原細胞順著支架結構形成具有功能的肌肉纖維組成。

「我們從先前實驗進行的人工動物肌肉細胞操作上擷取不少經驗,但是人體肌肉細胞依舊花了我們一整年時間調整細節變化,例如:細胞與凝膠的密度、調整培養支架排列與有利細胞生長的支架材質選擇。」梅登表示。

梅登則測試這些新生的肌肉,並確認這些肌肉與人體內部肌肉組織的相似程度。她發現這些肌肉在受電擊刺激後,會產生強烈的肌肉收縮--而這現象是首次在實驗室製備的肌肉細胞上觀察到。她還顯示出活化肌肉的神經也是完好無缺、具有功能。

為了測試這些肌肉是否能被做為臨床測試代理,伯賽克與梅登測試許多藥物產生的反應,其中包括用以降低膽固醇與克倫特羅(clenbuterol,瘦肉精之一)的史他汀(statins) — 這類藥物已知可在仿單核准適應症外使用( used off-label),並增強運動員的表現。

測試過後發現這些藥物在人造肌肉細胞上的現象符合人類病患身上的表現狀況。史他汀會產生劑量效應(dose-dependent response),在高濃度劑量底下會產生異常脂肪堆積。克倫特羅則會稍微有助增加肌肉收縮。這兩種現象都會出現在人類身上。克倫特羅不會造成測試老鼠的肌肉組織受損,因此實驗室製備的人造肌肉更能顯現實際人體反應。

「我們其中一項目標是透過這方法提供病患個人化治療。」伯賽克表示。「我們可以從病患身上取得活體組織,並且大量複製樣本測試出哪種藥物最適合病患本人。」

這目標也許即將達成,伯賽克與杜克大學的臨床醫師合作,另外還包括小兒科副教授德懷特‧科伯勒-其嘗試將實驗室細胞呈現的功效對應至病患身上。伯賽克的團隊目前正嘗試利用ips細胞取代活體採集。

「某些疾病,例如裘馨氏肌肉失養症(Duchenne Muscular Dystrophy)的活體肌肉採集相當困難。」伯賽克表示「如果我們能直接透過ips細胞生成具功能且可供測試的細胞,那我們只需要取得病患皮膚及血液樣本後即可,不需再另外打攪病患。」

參與這項研究的還有喬治‧特斯基、R. 尤金與蘇西 E.古德森等生物醫學工程教授與杜克大學普拉克工程學院的資深研究員狄恩,生物醫學工程教授威廉‧克勞斯。

 

延伸閱讀:

原文網站 : ScienceDaily

論文連結  :  

Lauran Madden, Mark Juhas, William E Kraus, George A Truskey, Nenad Bursac.. Bioengineered human myobundles mimic clinical responses of skeletal muscle to drugs. eLife, 2015; 4 DOI: 10.7554/eLife.04885

編輯&翻譯:林建霖

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