Биоинженерный бицепс – мечта Франкенштейна

Биоинженерная мышца с синими ядрами и красными мышечными пучками поперечно-полосатой исчерченности. Иллюстрация Physorg

В конце XVIII века знаменитый итальянский ученый Луиджи Гальвани поразил современников опытами по «оживлению» лягушки с помощью металлических пластин с проводами от гальванического элемента, наложенными на ее лапки. Опыты пытался воспроизвести на людях печально известный австриец Месмер. Все это вместе стало толчком для юной девушки Мэри Шелли, сочинившей по настоянию Байрона роман про некоего доктора Франкенштейна, которому удалось – если немножко упрощать – оживить тело, «собранное» из разных частей трупов.

Врачи знают много разных миопатий, то есть заболеваний мышечной системы. И открываются все новые и новые. Так, сотрудники Университета Дж. Гопкинса в Балтиморе сообщили, что им удалось выявить нарушения в виде ампулообразных вздутий концевых отделов нервных аксонов у американских военных, ставших жертвами воздействия ударной волны в результате взрывов фугасов в Ираке и Афганистане.

У здоровых людей от малоподвижного образа жизни может происходит атрофия мышц. Космонавты и астронавты, например, вынуждены ежедневно тратить по два-три часа дорогостоящего времени на тренировки, направленные на то, чтобы «удерживать» кальций в костях и мышечную массу. И все равно их вынуждены встречать по возвращении с орбиты со специальными креслами, поскольку прибывшие с орбиты самостоятельно двигаться в условиях земной гравитации не могут. А как бы было здорово снабдить их перед спуском на Землю новыми мышцами, пусть и полученными с помощью биоинженерии.

Вполне возможными эти мечты могут стать благодаря новой работе сотрудников Университета Дьюка, которые сообщили в eLife о том, что им удалось создать человеческую мышцу, отвечающую на различные препараты и лекарственные средства. Успех достигнут благодаря применению белковых 3D-структур, поддерживающих рост и развитие стволовых клеток мышцы. Был получен также рост нервных волокон, иннервирующих мышцы, в результате чего «новая» мышечная ткань смогла сокращаться в самых разных режимах – под действием не только лекарств, но также и электрических стимулов, приходящих по нервным волокнам и от наложенных электродов.

Авторы полагают, что их мышечный «продукт» позволит проверять – безопасно для людей – новые миорелаксанты и стимуляторы мышечного роста, а также со временем помогать спинальным пациентам, которым уже сегодня помогают компьютеры и чипы.

Необходимо, однако, заметить, что предварительно, до засеивания поддерживающей структуры, ученые были вынуждены получить 1000-кратно умноженную массу миобластов. Это удалось сделать благодаря использованию белков эмбрионального развития. Одним из таких протеинов является Wnt, мутация гена которого приводит к отсутствию крыльев у дрозофил (Wingless, откуда и название).

В январе 2015 года умер двухголовый кот, проживший благодаря заботам его хозяйки 15 лет, что и для обычных представителей домашних питомцев много. Геномщики несомненно выявят ген, изменения которого дали столь необычный эффект. Почти 10 лет назад был отключен ген бета-катенина, белок которого является «проводником» действия Wnt на клетки, в результате чего мышата родились с мозгом, который был в два-три раза больше обычного. Вполне возможно, что Wnt является составной частью так называемого организатора, за открытие которого немецкому эмбриологу Шпеману была присуждена Нобелевская премия 1935 года (пересадка организатора на бок саламандры приводила к росту пятой конечности). Можно добавить, что мутации генов Wnt и катенина приводят к ракам.

Но каким образом протеин Wnt доставляется к клеткам-мишеням, определяя тем самым их созревание и развитие в нужном направлении, а также местоположение среди других клеток? Ведь нейроны в мозге не «рассыпаны» беспорядочно в белом веществе полушарий, а сконцентрированы в коре и подкорковых образованиях. Сотрудники Университета Дьюка, основателя Американской табачной компании, опубликовали в приложении к журналу Nature описание клеточных выростов, названных ими Wnt-филоподии («нити-ножки» – в дословном переводе). Образованию выростов предшествует перестройка подоболочечного цитоскелета из молекул белка актина, название которого говорит само за себя. Внимание к актину и его преобразованиям связано с тем, что они необходимы не только для здоровых клеток, но и для метастазирования раковых.

Исследователи университета изучали самые первые этапы формирования будущей нервной системы, в ходе которых определяется передне-заднее направление развития нервной пластинки. Авторы полагают, что выявленный ими молекулярный механизм переноса белка Wnt в самых кончиках филоподий имеет не только «ближний», но и «дальний» эффект. Полученная информация важна для многих специалистов в области эмбриологии и развития мозга, онкологии и молекулярной фармакологии.