Мышцу превратили в фабрику здоровья: лекарство она производила внутри организма

Самосокращающийся мышечный имплант у мышей повлиял на мышцы, кости, обмен веществ и мозг

Несколько миллионов клеток получили необычную работу

Мы привыкли воспринимать мышцы как двигатель. Они позволяют ходить и бегать, поднимать тяжести и расходовать энергию.

Но у скелетной мышцы есть ещё одна функция, которую невозможно увидеть со стороны: она участвует в химической коммуникации между органами.

Исследователи решили фактически отделить эту функцию от обычной физической активности.

Они выделяли у мышей мышечные стволовые клетки, размножали их и заставляли созревать по мышечному пути. Затем около 6 миллионов полученных клеток вместе с поддерживающим материалом помещали в небольшой карман под кожей животного.

Из клеток формировалась мышечная ткань. В неё прорастали кровеносные сосуды, а созданные конструкции сохранялись как минимум 81 день.

Но самым необычным оказалось другое.

Трансплантаты сокращались сами — постоянно и без внешней электрической стимуляции.

Авторы назвали их myografts — мышечными трансплантатами.

Маленькая мышца работала локально, а эффект обнаружили по всему организму

Можно было ожидать, что подобный трансплантат окажется интересен прежде всего как достижение тканевой инженерии: удалось создать живую, снабжаемую кровью мышечную структуру.

Однако изменения не ограничились местом пересадки.

У старых мышей с myografts исследователи наблюдали улучшение общей мышечной массы и функции. Некоторые признаки возрастного ухудшения мышечной ткани были выражены слабее.

Изменения обнаружили и в костях. Показатели костной массы и плотности у животных с трансплантатами были выше.

Затронут оказался и обмен веществ.

В модели ожирения исследователи наблюдали улучшение ряда метаболических показателей, в том числе снижение уровня глюкозы и общего холестерина. Менялись процессы, связанные с использованием жиров, воспалением и метаболизмом.

То есть несколько миллионов мышечных клеток, находившихся под кожей спины, были связаны с физиологическими изменениями в тканях, которых они физически не касались.

И это был только первый сюрприз.

Почему мышцы умеют «разговаривать» с другими органами

Когда мышца сокращается, она не просто создаёт движение.

Активная мышечная ткань меняет производство и выделение множества биологически активных молекул. Среди них есть миокины — сигнальные вещества, которые могут действовать как на саму мышцу, так и на другие ткани.

Проще говоря, сокращение создаёт не только механическую работу, но и химические сообщения.

Эти сигналы участвуют во взаимодействии мышц с жировой тканью, иммунной системой, печенью, костями и мозгом.

Поэтому формула «спорт полезен, потому что сжигает калории» описывает лишь небольшую часть происходящего.

Во время физической активности мышцы становятся частью большой сети межорганной коммуникации.

Исследователи обнаружили признаки такой активности и в созданных ими myografts. В трансплантатах была повышена экспрессия ряда сигнальных молекул, включая IL-6, LIF, GDF15, FSTL1, FGF2 и фоллистатин.

Это важное уточнение: исследование не установило одну «молекулу тренировки», которая объясняла бы все эффекты.

Вероятнее, речь идёт о сложной смеси сигналов и нескольких биологических путях одновременно.

Вот что эксперимент меняет в представлении о пользе тренировок

Представьте обычную физическую нагрузку.

Работают большие группы мышц. Ускоряется сердцебиение. Меняется дыхание. Расходуется энергия. Возникает механическая нагрузка на кости и сухожилия.

В эксперименте значительной части этой картины просто не было.

Мыши не начинали интенсивнее тренироваться из-за трансплантата. Маленькая мышечная структура под кожей не могла обеспечить полноценную нагрузку на сердце, лёгкие или весь опорно-двигательный аппарат.

Она просто постоянно сокращалась.

И всё же изменения обнаруживались далеко за её пределами.

Именно здесь возникает главный «момент осознания» исследования: польза работающей мышцы может распространяться по организму не только через движение и расход энергии, но и через биохимические сигналы.

Это помогает понять, почему физическая активность связана с настолько разнообразными эффектами в органах, которые сами непосредственно не выполняют упражнение.

Мышцы — не просто мотор организма. Это ещё и секреторный орган.

Даже мозг оказался частью этой истории

Особенно показателен эксперимент со старыми животными.

В гиппокампе — области мозга, участвующей в обучении и памяти, — у мышей с трансплантатами исследователи обнаружили меньше дегенерирующих клеток.

В некоторых тестах на пространственное обучение и память животные также показывали лучшие результаты.

Это не означает, что мышечный трансплантат «омолодил мозг» или стал способом лечения когнитивных нарушений.

Эксперимент проводился на мышах, а механизм наблюдавшихся изменений ещё предстоит разбирать.

Но результат хорошо вписывается в более широкое направление исследований связи мышц и мозга. Физическая активность влияет на нервную систему не одним способом: значение имеют кровообращение, обмен веществ, воспалительные процессы, факторы роста и сигнальные молекулы, возникающие при работе мышц.

Myograft позволил исследователям выделить одну часть этой сложной системы — сигнальную активность сокращающейся мышечной ткани.

Почему технология особенно интересна в контексте старения

Старение редко затрагивает только один орган.

Одновременно могут снижаться мышечная масса и сила, ухудшаться восстановление тканей, меняться обмен глюкозы и жиров, нарастать хроническое воспаление и уменьшаться костная масса.

Физическая активность воздействует сразу на многие из этих процессов.

Но возникает парадокс: люди, которым потенциально особенно полезны эффекты упражнений, иногда меньше всего способны полноценно тренироваться.

Причиной могут быть выраженная слабость, травмы, инвалидность или тяжёлые заболевания.

Поэтому авторы рассматривают myografts не как замену фитнесу для здоровых людей. Научно интереснее другая возможность: сможет ли когда-нибудь активная мышечная ткань воспроизводить отдельные системные сигналы физических упражнений там, где обычная нагрузка ограничена или невозможна.

До такой терапии ещё очень далеко.

Но эксперимент предлагает необычную стратегию: вместо воздействия по отдельности на мышцы, кости, обмен веществ и воспаление можно исследовать живой источник сигналов, способных одновременно взаимодействовать с несколькими системами организма.

А затем мышцу действительно превратили в фабрику лекарства

У исследования есть ещё один слой.

Авторы генетически программировали клетки myografts таким образом, чтобы они производили заданные терапевтические белки.

В одном эксперименте использовали мышей с моделью гипопаратиреоза — состояния, при котором не хватает паратиреоидного гормона, играющего ключевую роль в регулировании кальция и фосфата.

Исследователи создали мышечный трансплантат, секретирующий паратиреоидный гормон.

У животных такая конструкция восстанавливала гормональный сигнал и нормализовала нарушенные уровни кальция и фосфата.

Авторы также создавали myografts, производившие гормон роста.

Здесь концепция становится принципиально иной, чем при обычном введении лекарства.

Таблетка или инъекция доставляет определённое количество вещества извне. После этого концентрация препарата меняется, а само вещество постепенно метаболизируется или выводится.

Myograft потенциально работает иначе: живые клетки остаются в организме и сами производят нужный белок.

Получается своеобразная биологическая фабрика, объединяющая тканевую инженерию, клеточную терапию и доставку генетически заданного белкового препарата.

Именно эта часть работы может в перспективе оказаться не менее важной, чем наблюдавшиеся эффекты на старение.

Почему «мышца вместо спортзала» — неправильный вывод

Название исследования говорит о системных антивозрастных эффектах, но интерпретировать его необходимо осторожно.

Все описанные эксперименты проводились на мышах.

Работа не показывает, что подобный трансплантат будет безопасен или эффективен у человека. Она тем более не доказывает, что физические упражнения можно заменить небольшим фрагментом сокращающейся ткани.

Настоящая тренировка одновременно воздействует на сердце и сосуды, дыхательную систему, нервную систему, сухожилия и кости, координацию движений и множество других процессов.

Myograft не воспроизводит весь этот комплекс.

Есть и вопросы, специфические для самой технологии. Необходимо понять, насколько долго подобные конструкции способны функционировать, можно ли точно контролировать их активность и насколько предсказуемым будет количество выделяемых ими сигнальных или терапевтических белков.

В исследовании трансплантаты оставались локализованными, а авторы не сообщали о наблюдавшихся побочных эффектах при использовании созданной системы доставки белков. Это обнадёживающий ранний результат, но не доказательство безопасности технологии для человека.

Следующим этапом должны стать дальнейшие доклинические исследования механизмов, долговременной безопасности и управляемости таких имплантов.