近日，在一項發表于Cell Stem Cell期刊的研究中，由約翰·霍普金斯大學醫學院領導的研究團隊在體外培養出能自我更新的人類肌肉干細胞，并利用這類細胞在小鼠體內成功修復受損的肌肉組織。這一突破為治療人類的肌肉損傷及肌肉減少癥指出了潛在的方向。

為了制備這種自我更新的干細胞，研究團隊以實驗室培養的人類皮膚細胞為起點，通過基因編輯將這些細胞轉變為更原始的誘導多能干細胞（iPS細胞），它們具有演變為體內任意細胞的潛力。

事實上，科學家早已能夠在實驗室中將iPS細胞轉變為皮膚細胞、腦細胞等多種不同的細胞。但更加困難的問題在于，如何讓iPS細胞變為能自我更新的特定器官的干細胞。

為了實現這一目標，在最新研究中，作者使用富含營養物質及標準細胞生長因子與的培養基，將iPS細胞誘導為肌肉干細胞。

隨后，研究團隊在小鼠實驗中，檢驗了這種新培養出的細胞在活體動物中如何遷移，以及能否修復受損組織。

當他們將新培養的肌肉干細胞注射至小鼠的肌肉中，這些干細胞會移動到肌肉的干細胞龕（niche）中，這里正是小鼠自身的肌肉干細胞聚集的區域。這些干細胞在這一區域停留了至少4個月。

▲小鼠肌肉的圖像：綠色為一種肌肉干細胞蛋白；紅色為人類特有的層粘連蛋白A/C（圖片來源：Sunny Sun）

這些干細胞能否起到修復受損組織的作用？作者使用了兩種不同的手段來驗證這一問題。

首先，作者將肌肉干細胞注射進基因編輯小鼠體內，這些小鼠缺少正常的免疫系統，因此可以避免移植的細胞造成免疫排斥。隨后，這些小鼠被暴露在造成肌肉降解的毒素和輻射中，從而清除體內已有的肌肉干細胞。

研究者發現，在肌肉組織的毒素和輻射損傷部位，移植的肌肉干細胞發育成為成肌細胞，它們融合并發育成正常肌肉中的微纖維，從而成功修復肌肉損傷。他們還發現，一些移植的肌肉干細胞遷移到干細胞龕之后，與小鼠自身的肌肉干細胞行為相似。

▲最新研究的實驗設計示意圖（圖片來源：參考資料[1]）

而在第二項驗證實驗中，研究者將肌肉干細胞移植至另一種基因編輯小鼠體內。這些小鼠調控肌營養不良蛋白的基因發生了突變，因此會患上杜氏肌營養不良癥。

研究團隊發現，移植的肌肉干細胞遷移到肌肉的干細胞龕區域。在為期數月的實驗中，接受了移植的小鼠在滾輪測試中，跑動速度是未接受移植的小鼠的兩倍，反映了更強的肌肉強度。

注：原文有刪減

參考資料：

[1] Congshan Sun et al, Human pluripotent stem cell-derived myogenic progenitors undergo maturation to quiescent satellite cells upon engraftment, Cell Stem Cell (2022). DOI: 10.1016/j.stem.2022.03.004

[2] Lab grown, self-sustainable muscle cells repair muscle injury and disease, mouse study shows. Retrieved Apr 20th ,2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/950288