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zui近，杜克大學(xué)的研究人員在實驗室中成功培育出人骨骼肌，它們能夠像自然組織那樣收縮和響應(yīng)外部刺激，例如電脈沖、生化信號和藥物。這些實驗室培育的組織，不久就能允許研究人員在體外的功能性人肌肉中測試新藥和研究疾病。
這項研究是由杜克大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程副教授Nenad Bursac及其實驗室博士后Lauran Madden帶領(lǐng)，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2015年1月13日的開放存取期刊《eLife》。
Bursac說：“這項工作的偉大之處在于，它可以作為培養(yǎng)皿臨床試驗的一個測試平臺。我們正在檢測藥物的功效和安全性，而不會危害患者的健康，也正在重現(xiàn)疾病的功能性和生化信號——特別是那些罕見疾病以及很難收集肌肉活檢的疾病。"
Bursac和Madden從一個小的人體細胞樣本開始，它們已經(jīng)發(fā)展到超過干細胞，但是還沒有成為肌肉組織。他們將這些“肌原性前體細胞"擴大了超過1000倍，然后把它們放入一個支撐的3D支架，該支架填充了有營養(yǎng)的凝膠，可讓這些細胞形成均衡和功能性的肌肉纖維。
Madden說：“我們有很多在實驗室用動物細胞制備人工肌肉的經(jīng)驗，但這項工作仍然花了我們一年的時間，來調(diào)節(jié)諸如細胞和凝膠密度這樣的變量，并優(yōu)化培養(yǎng)基和介質(zhì)，以使其能對人肌肉細胞起作用。"
Madden用新肌肉進行了一連串的測試，來確定它們與人體內(nèi)自然組織是如何的相似。她發(fā)現(xiàn)，肌肉可強勁收縮來響應(yīng)電刺激——在實驗室培育的人肌肉當(dāng)中尚屬。她還表明，可讓神經(jīng)激活肌肉的信號通路也是完整的和功能性的。
為了探討這種肌肉是否可用于醫(yī)學(xué)測試，Bursac和Madden研究了它對各種藥物的反應(yīng)，包括用于降低膽固醇的他汀類藥物和克倫特羅——是一種被廣泛使用的興奮劑。
所檢測到的藥物效果，與人類患者中所觀察到的相匹配。他汀類藥物有劑量依賴性反應(yīng)，從而導(dǎo)致高濃度時的脂肪異常堆積?？藗愄亓_表現(xiàn)出增強收縮性的狹窄有益窗口。這些影響都在人類中被記錄過?？藗愄亓_在這些劑量上不會傷害嚙齒動物的肌肉組織，從而表明實驗室培育肌肉可產(chǎn)生一種真實的人類反應(yīng)。
Bursac說：“我們的目標(biāo)之一是，利用這種方法為患者提供個性化的治療策略。我們可以從每名患者取活檢組織，培育出許多新肌肉，將其用作測試樣本和試驗品，以探討哪些藥物更適合每個人。"
這個目標(biāo)可能并不遙遠；Bursac已經(jīng)與杜克大學(xué)的臨床醫(yī)生（包括兒科副教授Dwight Koeberl）開展了一項研究，嘗試將藥物在患者中的藥效與其對實驗室培育肌肉的影響起來。Bursac的研究小組也在嘗試利用誘導(dǎo)多能干細胞（iPSCs）代替活檢細胞，來培育可收縮的人肌肉。
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Bursac說：“有一些疾病，例如Duchenne型肌營養(yǎng)不良癥，進行肌肉活檢非常困難。如果我們能利用誘導(dǎo)多能干細胞來制備可行的、可測試性的肌肉，我們就可以獲得一份皮膚或血液樣本，而不必打擾患者。"