Mięśnie stanowią największą tkankę w naszym ciele. Są niezbędne do wykonania jakiegokolwiek ruchu, a bez nich nie bylibyśmy w stanie wykonać nawet najprostszych czynności. Każdego dnia nasz układ mięśniowy wykonuje nieprawdopodobną ilość ruchów, a każdy z nich wymaga zaangażowania milionów włókien tkanki mięśniowej począwszy od kurczenia się, skracania, powrotu do pierwotnego kształtu - czytamy w komunikacie Instytutu Chemii Fizycznej PAN (IChF PAN).

Każdy mięsień ma jednak swoje ograniczenia i wytrzymałość, a więc podobnie do innych tkanek w ciele, może zostać uszkodzony. Nagłe szarpnięcie lub skręcenie może je nadwyrężyć prowadząc do krótkotrwałego dyskomfortu. Z kolei w skrajnych przypadkach niektórych chorób, takich jak nowotwory, dystrofia mięśni lub wskutek uszkodzenia mechanicznego np. w wyniku wypadku lub operacji, całkowity powrót mięśnia do stanu pierwotnego może być niemożliwy. Pomimo imponującej zdolności naszego organizmu do codziennej regeneracji, w niektórych przypadkach mięśnie szkieletowe nie mogą zostać w pełni obudowane.

Tuż po uszkodzeniu pojawia się zapalenie i obrzęk, a wraz z nimi organizm zaczyna produkować maleńkie włókna będące prekursorami mięśnia. Powstają one w procesie miogenezy, a ich rolą jest stworzenie nowej, odbudowanej, w pełni sprawnej tkanki mięśniowej - przypomina IChF PAN. Przy niewielkich uszkodzeniach, mięsień może całkowicie wyzdrowieć, lecz gdy uszkodzenie jest znaczące, naprawa dużych ubytków masy mięśniowej bywa niemożliwa, a szkody są nieodwracalne. To sprawia, że odbudowa i poprawa funkcjonalności mięśni jest jednym z największych wyzwań biomedycznych naszych czasów.

Niedawno międzynarodowy zespół naukowców kierowany przez dr. Marco Costantiniego z IChF PAN oraz dr. Cesare’a Gargioliego z Uniwersytetu Tor Vergata w Rzymie zaprezentował rozwiązanie wytwarzania substytutu mięśnia na bazie biokompatybilnego żelu, które strukturą przypomina makaron typu spaghetti. Żel ten produkowany jest z polimerów naturalnych innowacyjną metodą biodruku 3D za pomocą urządzenia mikroprzepływowego umożliwiając wydruk obiektu o dowolnym rozmiarze. Co najważniejsze, żel zawiera komórki mięśniowe, będące prekursorami włókien mięśniowych, które stopniowo narastają w polimerowej matrycy. Wszczepienie do uszkodzonego mięśnia takiego żelu biomimetycznego z komórkami umożliwia regenerację uszkodzonych tkanek.

„Nasz system biodruku został zaprojektowany tak, aby dokładnie naśladować wysoce anizotropową architekturę mięśni szkieletowych, co skutkuje skutecznym wytworzeniem prekursorów mięśni w dowolnej formie” - opisuje dr Costantini, cytowany w komunikacie.

Wydrukowany żel wraz z komórkami poddawany jest hodowli in vitro przez tydzień w celu stymulacji wzrostu komórek, a następnie wszczepia się go do uszkodzonych tkanek pacjenta.

Naukowcy przedstawili skuteczną regenerację mięśni u myszy, u której uraz był na tyle duży, że pełne wyleczenie skutkujące przywróceniem pierwotnych funkcji mięśnia nie byłoby możliwe nawet po kilku miesiącach. Na dodatek, częściowa regeneracja trwałaby pięć razy dłużej, osiągając nie więcej niż 20 proc. regeneracji. Zaprezentowany przez badaczy biodrukowany żel zawierający komórki mięśniowe umożliwił przywrócenie o 90 proc. rzeczywistych funkcji. Ponadto, mięśnie zostały odbudowane w zaledwie 20 dni, sprawiając, że zaprezentowany żel jest obiecującym materiałem do zastosowań biomedycznych wspomagających regenerację tkanek - informuje IChF PAN.

„Przywrócenie masy i funkcjonalności o 90 proc. usuniętego mięśnia w zaledwie 20 dni to absolutny rekord, który motywuje nas do dalszego zgłębiania tego podejścia w najbliższej przyszłości. Teraz musimy rozszerzyć naszą platformę na wytwarzanie żelu na większą skalę, aby wspierać regenerację mięśni u dużych zwierząt. Mamy nadzieję, że ta technologia niebawem będzie gotowa do zastosowania klinicznego u ludzi” - twierdzi dr Marco Costantini.

Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie EMBO Molecular Medicine. Badania zostały dofinansowane z Narodowego Centrum Nauki. (PAP)

ekr/ agt/