Ученые из Университета штата Иллинойс (University of Illinois at Urbana-Champaign) установили, что присутствующие в мышцах взрослые стволовые клетки способны активно реагировать на механическое воздействие – открытие, которое может связать здоровое состояние мышц с физическими упражнениями. Полученные результаты будут способствовать разработке новых методов лечения, в которых стволовые клетки будут использоваться не только для ускоренной реабилитации после мышечных травм, но и для предотвращения возрастной потери мышечной массы, а, возможно, и для ее восстановления.

Мезенхимальные стволовые клетки (зеленые) накапливаются в скелетных мышцах после физических нагрузок и высвобождают
факторы роста, стимулирующие регенерацию. (Фото: Marni Boppart)

Хорошо известно, что сохранение скелетной мышечной массы играет ключевую роль в общем состоянии здоровья и качестве жизни. Уменьшение количества сократительных белков и последующее сокращение размера мышечных волокон в результате болезни, неподвижности или с возрастом могут привести не только к снижению показателей физической силы, но и к повышению риска развития метаболических заболеваний, в том числе к предрасположенности к ожирению, диабету и сердечно-сосудистым болезням. Физическая активность или реабилитационная терапия могут сохранить мышечную массу и функцию мышц. Поэтому определение основных механизмов, лежащих в основе полезных адаптаций к физической активности, может дать важнейшую информацию для разработки эффективной молекулярной или клеточной терапии.

Известно, что мезенхимальные стволовые клетки (МСК) в скелетных мышцах играют важную роль в их восстановлении после нефизиологических травм, преимущественно в ответ на химические инъекции, которые вызывают значительное повреждение мышечной ткани и воспаление. Целью группы ученых во главе с профессором Марни Боппартом (Marni Boppart) было исследовать, реагируют ли мезенхимальные стволовые клетки на напряжение во время физических нагрузок и, если да, то каким образом.

«Так как физическая нагрузка может привести к травме как части процесса ремоделирования после механического напряжения, нам было интересно, является ли накопление мезенхимальных стволовых клеток естественной реакцией на физические упражнения и вносят ли эти клетки вклад в регенерацию и происходящий в посттренировочном периоде процесс роста», – комментирует цель исследования профессор Боппарт.

Ученые установили, что МСК в мышцах очень чувствительны к механической нагрузке. Они зафиксировали увеличение их количества в мышцах мышей после интенсивной физической нагрузки. Выяснилось также, что, хотя мезенхимальные стволовые клетки напрямую не способствуют созданию новых мышечных волокон, они выделяют факторы роста, которые стимулируют слияние других клеток и образование новых мышц, обеспечивая клеточную основу для улучшения их состояния после физической нагрузки.

Ключевым элементом метода профессора Боппарта являлось выделение клеток из мышц мышей после физической нагрузки, когда МСК начинают секретировать полезные факторы роста. Затем клетки помечались флуоресцентным маркером и вводились другим мышам, что позволяло ученым изучать взаимодействие МСК с другими клетками, образующими мышечную массу.

Помимо изучения поведения клеток в живом организме, ученые исследовали реакцию клеток на нагрузку на различных подложках. Они установили, что МСК очень чувствительны к механическому воздействию со стороны окружающей среды, и мышечное напряжение оказывает значительное воздействие на активность этих клеток.

«Полученные результаты важны, так как мы идентифицировали взрослые стволовые клетки в мышцах, которые могут стать основой для здорового состояния мышц, поддерживаемого с помощью физических упражнений, и ускорения восстановления мышц с помощью реабилитационной двигательной терапии»,– говорит профессор Боппарт. «Кроме того, тот факт, что во время физических упражнений МСК в мышцах способны высвобождать высокие концентрации факторов роста в кровеносную систему, заставил нас задаться вопросом, не обеспечивают ли они важнейшую связь между улучшением здоровья всего организма и ежедневной физической активностью».

В ближайших планах исследователей – определить, вносят ли мезенхимальные стволовые клетки вклад в сокращение мышечной массы, происходящее в течение всей жизни человека. По предварительным данным с возрастом в мышцах нарастает дефицит МСК. Ученые надеются, что им удастся разработать комбинированный метод лечения, в котором будут использоваться стратегии профилактики возрастной потери мышечной массы, основанные как на молекулярном, так и на клеточном подходе.

«Хотя лучшей стратегией сохранения мышц в процессе старения являются физические упражнения, некоторым людям физическая активность просто недоступна», – говорит Боппарт. «Инвалидность может ограничить возможности роста мышц. Мы прилагаем все усилия, чтобы понять, как наилучшим образом использовать эти клетки для эффективного сохранения мышечной массы перед лицом ее атрофии».

Статья об исследовании Eccentric Exercise Facilitates Mesenchymal Stem Cell Appearance in Skeletal Muscle опубликована в журнале с открытым доступом PLoS One.