Можно вообразить сценарий, при котором человек, вынужденный оставаться в постели и не выполняющий физических упражнений, сохраняет прочные кости, хорошую память и стабильный уровень сахара в крови, как если бы он регулярно подвергался интенсивным тренировкам. Подобное описание кажется фантастикой?
Однако вскоре эта перспектива может стать вполне осуществимой. Китайские исследователи представили в журнале Nature Aging результаты работы, подтверждающие эту возможность.
Мышцы — это крупнейший эндокринный орган
Они разработали подкожные мышечные имплантаты, способные функционировать внутри организма, постоянно сокращаясь и производя биоактивные соединения, оказывающие омолаживающее и восстановительное воздействие на организм. В чем секрет такого явления?
Традиционно скелетные мышцы рассматривались как инструмент для обеспечения передвижения тела. Но современная биология предлагает более широкое понимание: мышцы являются крупнейшим эндокринным органом в человеческом теле.
В России доктором Александром Мясниковым продвигается данная концепция, и он поясняет ее следующим образом: «Мышечная ткань выполняет не только функции основного потребителя глюкозы, источника белка и защиты костной структуры, но также является важным эндокринным органом, влияющим на иммунную систему, чувствительность к инсулину, уровень воспаления, эмоциональное состояние, когнитивные способности и многое другое. Следует особо отметить, что функционирующие мышцы вырабатывают сигнальные молекулы – миокины. Для тех, кто интересуется, перечислим некоторые из них: IL-6, миостатин, ирисин, IL-15, BDNF, IGF-1, FGF21, апелин. Эти цитокины оказывают воздействие как непосредственно в мышечной ткани, так и на отдаленные органы – печень, сердце и сосуды, головной мозг, жировую ткань, кости и другие. Они способствуют уменьшению объема висцерального жира, снижению инсулинорезистентности и рисков развития диабета, подавляют системное воспаление, укрепляют механизмы врожденного иммунитета, препятствуют развитию стеатоза печени (известного как „жировая печень“), стимулируют активность остеобластов, положительно влияют на пластичность нейронов в головном мозге – что критически важно для обучения, памяти, эмоционального состояния и регуляции аппетита. За всем этим стоят сложные биохимические процессы».
Немаловажно, что занятия спортом положительно влияют на эмоциональное состояние и умственные процессы у бегунов, а также снижают вероятность развития диабета второго типа и остеопороза у тех, кто регулярно занимается силовыми тренировками. Физическая активность выступает в роли надежной защиты от возрастных изменений. Однако существует противоречие: люди, которые больше всего нуждаются в движении — пожилые с ослабленными костями, пациенты, перенесшие серьезные инсульты, или лица с выраженной инвалидностью, — зачастую не имеют возможности заниматься спортом.
Как пересаженные клетки заставили жить
Концепция замены поврежденных мышечных клеток на здоровые является достаточно старой. Тем не менее, попытки ее реализации столкнулись с трудностями, обусловленными биологическими особенностями организма. При непосредственном введении клеточной суспензии под кожу, более девятидесяти процентов введенных клеток погибают в первые сорок восемь часов из-за недостатка кислорода и питательных веществ. Организм не успевает сформировать новые кровеносные сосуды для обеспечения их жизнедеятельности, что приводит к образованию нежизнеспособного клеточного трансплантата.
Команде исследователей во главе с Сюпэн ЛюСотрудникам из Государственной головной лаборатории регенерации и реконструкции органов Института зоологии удалось найти решение этой задачи. Решающим фактором успеха стало изменение подхода: отказ от инъекций клеточной суспензии в пользу создания готовых мини-органов непосредственно в лабораторных условиях.
В ходе исследования ученые получили небольшой образец мышечной ткани из бедра лабораторной мыши, из которого были выделены стволовые клетки – миобласты. В чашке Петри эти клетки стимулировали к преобразованию в зрелые мышечные волокна (миоциты), что позволило получить около шести миллионов клеток. Вместо инъекций через шприц исследователи создали небольшой аккуратный карман под кожей на спине животного с помощью тупоконечной иглы и поместили туда смесь клеток и матригеля – специального гелеобразного каркаса для миоцитов.
В итоге пересаженная ткань не просто прижилась, но и сформировала полноценную мышечную структуру. Внутри нее образовались собственные кровеносные сосуды, обеспечившие связь имплантата с общей системой кровообращения животного. Наиболее удивительным оказалось то, что эти микроскопические мышцы начали самостоятельно и ритмично сокращаться без какого-либо внешнего электрического воздействия. Фактически, они функционировали как автономный биологический двигатель.
Что изменилось в организме старых мышей
Исследования проводились на четырех группах животных: молодых здоровых особях, пожилых животных и тех, кто страдает ожирением. Полученные результаты оказались более позитивными, чем ожидалось:
- Остановка дряхлости.У пожилых и тучных мышей наблюдалась остановка атрофии естественных мышц лап. Более того, общая мышечная масса увеличилась, а сила хвата значительно возросла. Животные продемонстрировали повышенную выносливость в ходе тестов на беговой дорожке.
- Системное омоложение.Результаты исследований выявили значительные метаболические изменения. Зафиксировано ускорение расщепления жировых отложений в организме, а также снижение концентрации глюкозы и холестерина в крови. В гиппокампе – области мозга, отвечающей за память и часто поражаемой при болезни Альцгеймера – наблюдалось уменьшение количества нейронов, подвергающихся дегенеративным изменениям. Пожилые мыши, которым были имплантированы специальные структуры, продемонстрировали улучшенную ориентацию в лабиринтах, что свидетельствует об улучшении пространственной памяти.
Исследование не ограничилось этим этапом. Специалисты провели генетическую модификацию части мышечных клеток. Некоторые имплантаты были запрограммированы на синтез паратгормона (регулирующего плотность костной ткани), другие – на гормон роста. У особей с удаленными паращитовидными железами, благодаря внедренным мышцам, удалось полностью восстановить нормальный уровень кальция и фосфатов в крови, предотвратив судороги и разрушение скелета. Грызуны, получавшие дополнительный гормон роста, показали ускоренный набор массы тела (без увеличения жировой прослойки) и более интенсивный рост костей.
При этом разработанная методика оказалась безопасной. Миниатюрные мышечные структуры оставались локализованными в месте имплантации, не распространялись по организму и за период наблюдений длительностью 81 день не вызвали признаков злокачественного перерождения или воспалительных процессов.
Когда ждать технологию людям?
На пути к применению технологии в клинической практике существует ряд существенных препятствий. Перенос методики с мыши на человека потребует решения вопроса иммунного ответа (даже собственные клетки со временем могут быть отвергнуты организмом, поскольку они подвергались длительной модификации в лабораторных условиях). Помимо этого, предстоит преодолеть бюрократические сложности, связанные с соблюдением строгих протоколов безопасности, установленных регулирующими органами. Также необходимо убедиться в отсутствии системного переизбытка гормонов из-за их постоянной выработки локальными тканями, то есть исключить риск передозировки.
Несмотря на это, возможности, которые открывает данное изобретение, весьма значительны. По сути, исследователи создали устройство, объединяющее функции персонального тренера по фитнесу и предприятия, производящего лекарственные препараты.
Для огромного числа людей, ограниченных в своей подвижности из-за различных заболеваний, это дает надежду на восстановление полноценной жизни. Данная технология прокладывает путь к принципиально новому подходу в медицине будущего — заместительной клеточно-генной терапии, направленной на коррекцию возрастных изменений. Представьте себе типичного пациента после перенесенного инсульта, потерявшего подвижность конечностей. Ему можно будет имплантировать устройства, которые помогут сохранить здоровье костной ткани и предотвратить развитие диабета в процессе реабилитации, восстановления способности ходить, работать рукой и говорить. Аналогичная ситуация актуальна и для пожилых людей, которым необходима тренировка сердечно-сосудистой системы, но физические нагрузки им противопоказаны. В этом случае подкожные мышечные имплантаты смогут выполнять полезную физическую работу вместо пациентов.
Авторы исследования акцентируют внимание на том, что разработанный ими метод представляет собой лишь первый прототип. Впереди ожидается ряд лет доклинических испытаний на крупных млекопитающих, оценка совместимости материалов каркаса с биологическими тканями и решение этических вопросов. Однако базовые принципы уже определены. Мы приближаемся к эпохе, когда противодействие старению перестанет быть вопросом самодисциплины и изнурительных тренировок, а станет результатом точной настройки собственных тканей организма.
