蘇黎世聯邦理工學院的Ori Bar-Nur 教授和他的同事們是實驗室培養肌肉細胞的先驅，他們目前使用小鼠細胞作為主要模型。雖然他們目前的研究以小鼠細胞為中心，但研究小組也熱衷於探索人和牛細胞的潛力。他們的研究具有多方面的意義：實驗室培養的人類肌肉組織可以滿足外科手術的需要，而人類肌肉乾細胞則可以為肌肉疾病患者提供治療方案。

另一方面，在實驗室中培養牛的肌肉組織可以改變肉類行業，消除屠宰動物的必要性。

不過，目前，ETH 團隊的研究重點是優化肌肉乾細胞的生成，使其更加安全。現在，他們通過一種新方法成功地做到了這一點。

肌肉乾細胞和纖維可在實驗室中由重新編程的結締組織細胞培育而成（顯微鏡圖片）。資料來源：蘇黎世聯邦理工學院/巴爾-努爾實驗室

重編程細胞

與該領域的其他研究人員一樣，蘇黎世聯邦理工學院的科學家們使用一種不同的、更容易生長的細胞類型作為生成肌肉細胞的起始材料：結締組織細胞。他們使用小分子和蛋白質雞尾酒，對這些細胞進行分子”重編程”，從而將它們轉化為肌肉乾細胞，然後迅速繁殖並產生肌肉纖維。

巴爾-努爾小組的博士生、本研究的兩位主要合著者之一Xhem Qabrati解釋說：”這種方法使我們能夠製造出大量的肌肉細胞。雖然也可以直接從肌肉活檢組織中培養肌肉細胞，但細胞在分離後往往會失去功能，因此要生產大量細胞具有挑戰性。”

所用雞尾酒的一個重要成分–也是細胞轉化的核心催化劑–是蛋白質MyoD。這是一種轉錄因子，可調節細胞核中某些肌肉基因的活性。MyoD 通常不存在於結締組織細胞中。在這些細胞轉變成肌肉細胞之前，科學家必須哄騙它們在細胞核中產生MyoD，持續數天。

沒有基因工程

到目前為止，研究人員都是通過基因工程來完成這一過程： 他們利用病毒顆粒將MyoD蛋白的DNA藍圖帶入細胞核。在那裡，病毒將這些構建指令插入基因組，使細胞能夠產生MyoD 蛋白。

然而，這種方法存在安全風險：科學家無法控制病毒將這些指令插入基因組的具體位置。有時，病毒會整合到一個重要基因的中間，對其造成損害，或者這種插入過程可能導致引發癌細胞形成的變化。

這一次，受COVID-19的mRNA疫苗的啟發，Bar-Nur和他的同事們採用了一種不同的方法將MyoD傳遞到結締組織細胞中：他們沒有使用病毒來導入MyoD基因的DNA藍圖，而是將該基因的mRNA轉錄本導入細胞中。

這樣細胞的基因組就不會發生變化，從而避免了與這種變化相關的負面影響。mRNA 仍能使結締組織細胞產生MyoD 蛋白，從而與ETH 研究人員優化的雞尾酒中的其他成分一起轉化為肌肉乾細胞和纖維。

研究人員最近在《再生醫學》（NPJ）雜誌上發表了他們的新方法。他們是第一位在沒有基因工程的情況下將結締組織細胞重新編程為肌肉乾細胞的人。

幫助治療肌肉萎縮症

研究人員在對患有杜興氏肌肉萎縮症的小鼠進行的實驗中表明，這種方法產生的肌肉細胞也具有完全的功能。在人類中，這種罕見的遺傳性疾病會導致患者缺乏肌肉穩定性所需的蛋白質，這意味著他們會出現進行性肌肉萎縮和癱瘓。

蘇黎世聯邦理工學院的科學家們將無缺陷的肌肉乾細胞注射到攜帶這種缺陷的杜氏肌營養不良症小鼠的肌肉中。他們能夠證明，健康的干細胞能夠在肌肉中形成修復的肌纖維。

Bar-Nur小組的另一名博士生、本研究的主要合著者Inseon Kim解釋說：”這種肌肉乾細胞移植對晚期杜興患者特別有幫助，因為他們已經受到肌肉萎縮的嚴重影響。”

這種方法適用於生產大量的肌肉乾細胞。更重要的是，這種方法不需要進行基因工程，也沒有相關風險，因此對人類未來的潛在治療用途很有吸引力。

替代肉類生產

不過，研究人員還沒有把他們的方法應用到人類細胞上；這是他們的下一步工作。Bar-Nur說：”此外，我們還希望研究是否有可能通過向患有肌肉疾病的小鼠注射MyoD mRNA和其他雞尾酒成分，在體內直接將結締組織細胞轉化為肌肉細胞。這種方法有朝一日也能幫助人類患者。”

最後，Bar-Nur和他的團隊希望將他們的新發現融入到目前正在進行的牛細胞研究工作中，這也是實驗室的另一項研究方向。他們希望這種方法將有助於目前培養動物肌肉乾細胞用於培養肉類生產的努力。