Das Lieberam Lab, in Zusammenarbeit mit der Song Group an der UCL und unter der Leitung von Ph.D. Studentin Aimee Cheesbrough, haben ein neues synthetisches Gerüst entwickelt, um Muskelzellen aus menschlichen Stammzellen zu züchten, was es Wissenschaftlern ermöglicht, synthetisches Muskelgewebe für die Erforschung von Muskelerkrankungen effektiv zu züchten.
Die Ergebnisse, veröffentlicht in Fortgeschrittene Werkstoffezeigte, dass das Gerüst erfolgreich Skelettmuskelgewebe wachsen ließ.
Muskeln sind durch Sehnen an ihrem entsprechenden Knochen befestigt, und Muskeln ziehen sich zusammen, um einen bestimmten Körperteil zu bewegen.
Die aktuelle Forschung zu Muskelerkrankungen hat ein Problem mit der Züchtung von Muskelgewebe für Experimente. Dies liegt daran, dass die Muskelfasern (Muskelzellen), die zusammen das Muskelgewebe bilden, von der extrazellulären Matrix (ECM) umgeben sind, die unter Laborbedingungen schwer zu replizieren ist.
Die ECM fungiert als verbindendes Gerüst, das hilft, die Struktur der Myofasern zu bilden. Das Vorhandensein des ECM-Gerüsts in der Umgebung ist für das Wachstum und die Reifung von Muskelgewebe von entscheidender Bedeutung. Ohne eine zuverlässige Methode zur Replikation der ECM sind Wissenschaftler nicht in der Lage, Muskelgewebe zu züchten.
Die neue Forschung untersucht die Entwicklung eines synthetischen, flexiblen Gerüsts, das die ECM repliziert. Die Elektrospinning-Technologie webt elastische Nanofasern aus synthetischen Biomaterialien, um ein ECM-replizierendes Gerüst aufzubauen, das zum Züchten von Muskelgewebe aus menschlichen Stammzellen verwendet werden kann.
Das Papier zeigt, dass die synthetische ECM – das Nanofasergerüst – das normale Wachstum und die Stabilisierung von Skelettmuskelgewebe erfolgreich unterstützt.
Die Autoren fügten auch einen molekularen Lichtsensor in das Genom der Stammzellen ein, um Muskelfasern zu erzeugen, die sich zusammenziehen, wenn sie Lichtimpulsen ausgesetzt werden. Das bedeutet, dass künstliches Muskelgewebe wie Muskeln im Körper kontrahiert werden kann.
Dadurch können Wissenschaftler viele identische Muskelgewebemodelle für Experimente erstellen. Diese helfen den Forschern, die Kontraktion bei Muskelerkrankungen besser zu verstehen und Arzneimittelkandidaten mit demselben idealen Muskelgewebemodell zu testen.
Neben der Modellierung und Erprobung von Arzneimittelkandidaten für Muskelerkrankungen hat das künstliche ECM-Gerüst das Potenzial, zum Züchten von Ersatzmuskelgewebe für Patienten mit Skelettmuskelverletzungen verwendet zu werden.
Die Forscher stellten auch fest, dass das synthetische Muskelgewebe zur Untersuchung einer Reihe von Krankheiten verwendet werden kann. Peter Harley, ein Ph.D. Student des Lieberam Lab, hat Myofasern gezüchtet, die mit motorischen Neuronen verbunden sind, die aus menschlichen Stammzellen hergestellt wurden. Dies soll einen neuromuskulären Schaltkreis für die Untersuchung der Amyotrophen Lateralsklerose (ALS) nachahmen.
Aimee Cheesbrough et al, Biobased Elastomer Nanofibers Guide Light-controled Human iPSC-derived Skeletal Myofibers, Fortgeschrittene Werkstoffe (2022). DOI: 10.1002/adma.202110441