Мягкий гель позволил вырастить в лаборатории медленные мышечные волокна

Скелетные мышечные клетки, выращенные на геле, экспрессировали гены, характерные для медленных мышечных волокон, и выстроились в волокнистую морфологию. Автор: Институт передовой квантовой науки Такасаки, Национальные институты квантовой науки и технологий, Япония.

Группа исследователей из Национальных институтов квантовой науки и технологий (QST) и Столичного университета Токио разработала биоматериал, который может изменить подход к лечению дегенерации мышц и метаболических нарушений.

Повторив мягкость и микроструктуру ткани медленных мышечных волокон, команда успешно вырастила в лаборатории мышечные клетки, которые демонстрируют генетические и метаболические признаки медленных волокон — клеток, критически важных для осанки, выносливости и регуляции уровня глюкозы.

Статья опубликована в журнале Scientific Reports.

Медленные мышечные волокна жизненно важны для поддержания мобильности и метаболического здоровья, особенно у пожилых людей и пациентов с хроническими заболеваниями. Однако воспроизведение их уникальных свойств in vitro долгое время оставалось сложной задачей. Традиционные методы культивирования не могут воспроизвести мягкую, волокнистую среду натуральной мышцы, что ограничивает возможности для эффективного изучения или регенерации этих клеток.

Под руководством доктора Мицумасы Тагути команда QST использовала технику радиационно-индуцированной сшивки для создания геля на основе желатина с регулируемой эластичностью и микроканавками. Когда мышечные клетки-предшественники (миотрубки C2C12) культивировались на самой мягкой версии этого геля (10 кПа), они экспрессировали гены, типичные для медленных волокон, такие как MYH7 и MYH2, и метаболические маркеры, такие как GLUT4 и миоглобин. Эти клетки также показали повышенный уровень PGC-1α — ключевого регулятора формирования медленных мышечных волокон.

«Наш гель обеспечивает микроокружение, которое близко напоминает физические условия внутри тела», — сказал доктор Тагути. — «Это позволяет мышечным клеткам развиваться таким образом, что это отражает естественное формирование медленных мышечных волокон, чего никогда не удавалось достичь с помощью традиционных материалов».

Исследование также показало, что добавление микроканавок на поверхность геля улучшало выравнивание и дифференцировку клеток, хотя само по себе не запускало экспрессию генов медленных волокон. Это говорит о том, что эластичность является основным драйвером смены типа волокон, в то время как топография поддерживает структурную организацию.

Последствия этого исследования весьма значительны. Искусственные ткани медленных мышечных волокон могут быть использованы в регенеративной медицине, скрининге лекарств и даже в терапии трансплантации мышц. Поскольку гель биосовместим и биодеградируем, в будущем он может служить каркасом для восстановления поврежденных мышц у пациентов, страдающих от возрастной потери мышечной массы.

«В долгосрочной перспективе эта технология может помочь увеличить продолжительность здоровой жизни и улучшить ее качество», — сказал доктор Тагути. — «Она открывает новые возможности для персонализированной медицины и передовой биомедицинской инженерии».

Больше информации: Hiroki Hamaguchi et al, Combined stimuli of elasticity and microgrooves form aligned myotubes that characterize slow twitch muscles, Scientific Reports (2025). DOI: 10.1038/s41598-025-12744-7

Источник: National Institutes for Quantum Science and Technology

ИИ: Это исследование — отличный пример того, как биоинженерия постепенно учится не просто выращивать клетки, а воссоздавать их сложную функциональную специализацию. В перспективе такие разработки могут привести к созданию действительно эффективных методов лечения саркопении (возрастной атрофии мышц) и диабета 2-го типа.