Naukowcy opracowali obiecującą nową metodę zwalczania związanych z wiekiem ubytków masy mięśniowej, które często towarzyszą bezruchu po urazie lub chorobie. Ich technika, zademonstrowana na myszach, zatrzymuje proces, w którym mięśnie zaczynają niszczeć na początku ćwiczeń po okresie bezczynności.
O swoich odkryciach informują w Journal of Physiology.
Ćwiczenia, a zwłaszcza zaangażowanie w czynności obciążeniowe, pomagają zachować masę mięśniową – i są szczególnie ważne w wieku dojrzewania – powiedziała Marni Boppart, profesor kinezjologii i zdrowia społeczności na University of Illinois Urbana-Champaign, która kierowała badaniami. Urazy lub choroby mogą prowadzić do okresów bezruchu i pogorszenia jakości mięśni.
„Kiedy nie jesteśmy w stanie napiąć mięśnia, dochodzi do jego atrofii” – powiedział Boppart. „Jeśli ten bezruch będzie trwał bardzo długo, nastąpi znaczna utrata masy mięśniowej i siły”.
Mięśnie dzieci i młodszych dorosłych mają tendencję do szybkiej regeneracji po wznowieniu ćwiczeń, powiedział Boppart. „Ale niestety dla starszych dorosłych brakuje im zdolności do regeneracji masy mięśniowej po okresie nieużywania”.
Fizjoterapia jest często przepisywana w celu wspomagania gojenia po kontuzji i bezruchu, powiedziała. Ale badania pokazują, że mięśnie nadal się pogarszają po rozpoczęciu ćwiczeń. Reaktywne formy tlenu, będące sygnałem stanu zapalnego i dysfunkcji komórek, gromadzą się w mięśniach i utrudniają proces gojenia.
Badania Boppart skupiają się na czynnikach, które zwiększają lub degradują masę mięśniową podczas starzenia. W poprzednim badaniu, ona i jej koledzy odkryli, że zastrzyki komórek podporowych znanych jako pericyty przyczyniły się do regeneracji mięśni u młodych myszy po okresie bezruchu. Jednak starsze myszy nie reagowały tak dobrze na zastrzyki, a powrót do zdrowia był ograniczony.
W nowym badaniu zespół zebrał pericyty z mięśni młodych, zdrowych myszy i hodował je w hodowli komórkowej. Wystawili komórki na działanie nadtlenku wodoru – silnego utleniacza, który promuje wytwarzanie pęcherzyków pozakomórkowych zawierających czynniki, które zwalczają stres i wspomagają gojenie – i zebrali pojazdy elektryczne do wykorzystania terapeutycznego.
Pęcherzyki zewnątrzkomórkowe są niezbędne do komunikacji międzykomórkowej i mogą być wykorzystywane jako biologiczne markery zdrowia i choroby, powiedział Boppart. Wcześniejsze badania wykazały, że są również silnymi biologicznymi mediatorami stresu i leczenia.
„Na przykład można pobrać krew młodych myszy, zebrać EV z krwi i wstrzyknąć je starszym myszom, a teraz mają młodszą kolekcję cech, znaną jako fenotyp” – powiedziała. „Możesz pobrać zdrowe EV z krwi myszy, wprowadzić je do myszy z cukrzycą, a to odwróci cukrzycę”.
Jednak żadne badania nie badały wykorzystania pojazdów elektrycznych do wspomagania regeneracji mięśni, powiedział Boppart.
Naukowcy wstrzyknęli swoje EV pochodzące z perycytów do mięśni młodych i starszych myszy, które przeszły okres przedłużonego unieruchomienia jednej z nóg i zaczęły ponownie używać tych mięśni.
Podejście zadziałało: myszy traktowane stymulowanymi EV odzyskały rozmiar włókien mięśni szkieletowych zarówno u młodych, jak i starszych myszy. Badanie ujawniło również – po raz pierwszy – że pojazdy elektryczne pochodzące z perycytów mięśni wytwarzają różne czynniki, które mogą zwalczać stany zapalne i stres oksydacyjny.
Boppart powiedział, że stosowanie EV ma wiele zalet w porównaniu z terapiami pełnokomórkowymi. Komórki nie mogą być zbierane, zamrażane i przechowywane do czasu przeszczepu, ale EV mogą. Wczesne badania sugerują, że zwierzęta nie wytwarzają odpowiedzi immunologicznej na wstrzyknięte pojazdy EV, ale potrzebne są dalsze badania, aby przetestować te odkrycia.
Naukowcy wykryli jednak różnicę w sposobie, w jaki młode i starsze dorosłe myszy reagowały na stymulowane EV. Nastąpiło wymierne zmniejszenie reaktywnych form tlenu u młodych dorosłych myszy, którego nie wykryto u starszych myszy. Pomimo tej różnicy, zarówno młode, jak i starsze myszy przebudowały macierz zewnątrzkomórkową, która wspiera budowę i wzrost mięśni oraz odzyskały rozmiar włókien mięśniowych w porównaniu z tymi, które nie były leczone.
„Do czasu tego badania nie mieliśmy pojęcia, jak działają pericyty” – powiedział Boppart. „Po prostu wiedzieliśmy, że wydzielają korzystne czynniki, które prawdopodobnie pomogły w procesie zdrowienia. Teraz znacznie lepiej rozumiemy mechanizm, dzięki któremu to robią. I wiemy, jak stymulować ich, aby robili to lepiej”.
Boppart jest również afiliantem Beckman Institute for Advanced Science and Technology oraz Carla R. Woese Institute for Genomic Biology na U. of I.
Badania te wspierał Narodowy Instytut Zapalenia Stawów oraz Chorób Mięśniowo-Szkieletowych i Skóry przy Narodowym Instytutach Zdrowia.