自動車事故は、高齢の患者に、癒されない重度の筋肉傷害を残す。 ドナーからの筋肉幹細胞による治療は、損傷した組織を回復させるかもしれないが、医師にはそれらを効果的に送達することが困難だ。新しい方法がこの状況を変えるのに役立つかもしれない。 ジョージア工科大学（Georgia Tech）の研究者は、筋肉がうまく再生しない患者の筋衛星細胞（MuSC）を筋肉組織に直接送達するために、ハイドロゲルである分子マトリックスを設計した。
マウスによるラボ実験では、ハイドロゲルは、損傷した老化筋肉組織にMuSCをうまく送達して、幹細胞を過酷な免疫反応から保護しながら治癒過程を促進した。
この方法は、デュシェンヌ型筋ジストロフィーを模倣した筋肉組織欠損マウスでも成功し、研究が進めば、新しいハイドロゲル療法は、この病気にかかっている人々の命を救うことができるかもしれない。
損傷した炎症を起こした組織に筋衛星細胞を単に注入するだけでは、幹細胞がそれらに対抗する免疫系に遭遇するため、非効率的であることが分かっている。「どのような筋肉傷害も免疫細胞を引き寄せるだろう。 通常、これは筋幹細胞が損傷を修復するのに役立つ。
しかし、老化した筋肉やジストロフィー筋では、免疫細胞が、新しい幹細胞を殺すサイトカインやフリーラジカルなどの毒性化学物質を多く放出する。」とジョージア工科大学の生物科学院助教授でこの研究の主任研究者であるYoung Jang博士は述べた。注入されたMuSCの1〜20％しか損傷組織には到達しない。また、組織の損傷によっては、注入が不可能になるため、新しい配送戦略の必要性が生じる。
「我々の新しいハイドロゲルは、幹細胞を保護し、幹細胞は増殖し、マトリックス内で増殖する。 ゲルは傷ついた筋肉に適応し、細胞が組織に移植されて治癒するのを助ける。」とジョージア工科大学工学部のポスドク研究員であり論文の筆頭著者であるWoojin Han博士は語った。
Han博士、Jang博士、そしてこの研究の他の主任研究員であるAndres Garcia博士は、2018年8月15日号のScience Advancesでその結果を発表した。
このオープンアクセスの論文は、「合成マトリックスは、筋ジストロフィーおよび高齢の骨格筋における移植された衛星細胞を生着させる（Synthetic Matrix Enhances Transplanted Satellite Cell Engraftment in Dystrophic and Aged Skeletal Muscle with Comorbid Trauma.）」と題されている。国立関節炎・筋肉・皮膚研究所がこの研究資金を提供した。
ハイドロゲル：水のネット
ハイドロゲルは、十字に似た分子成分の水ベースの溶液として開始されることが多く、クロスの末端を互いに付着させる他の成分から始まることが多い。成分が一緒になると、それらは水中に懸濁した分子網に融合し、その結果、粘稠度を有するゲルの材料が得られる。幹細胞または薬物が溶液に混入すると、ネットまたはマトリックスが形成されたときに引っ掛かり、体内での死または散逸から積荷が保護される。
研究者は、ハイドロゲルを簡単かつ確実に合成することができ、ジョージア工科大学の研究者がこのハイドロゲルで行ったように、それらの成分を調整することによってハイドロゲルをカスタム設計することもできる。「これは物理的なネットで筋衛星細胞を捕捉するが、細胞は我々がネットに仕込んだケミカルラッチにも引っ掛かる」とHan博士は語った。
幹細胞の膜から突出したタンパク質と結合するこのハイドロゲルに付加されたラッチは、細胞接着を増加させるだけでなく、自殺を妨げる。
幹細胞は、孤立してフリーフローしているときに自分自身を殺す傾向がある。化学成分と細胞は溶液中で混合され、損傷した筋肉に適用され、そこで混合物は、幹細胞を適所に接着するマトリックス - ゲルパッチになる。 ゲルは生体適合性で生分解性である。「幹細胞は、送達後に増殖し続け、ハイドロゲルは分解し、通常の幹細胞と同じく筋組織に移植された細胞が残る。」とJang博士は語った。
幹細胞の破綻
より若くて健康な患者では、筋衛星細胞は自然治癒機構の一部である。「筋衛星細胞は、あなたの骨格筋に存在する幹細胞だ。それらは斑点のように筋肉鎖に潜んでおり、それらは新しい筋肉組織を作る上で重要な役割を果たしている。」とHan博士は語った。
「年を重ねるにつれて、筋肉量が減り、衛星細胞の数も減少する。 残っているものは弱くなる。 それは二重の騒ぎだ」とJang博士は語った。 「非常に高齢では、患者は筋肉を再生することを完全に止める。」
「我々が設計したこのシステムにより、損傷を受けた高齢患者の修復機構を強化するためにドナー細胞を導入することができると考えている。また、デュシェンヌ型筋ジストロフィー患者にも効果を発揮したいと考えている。」とHan博士は述べた。 「デュシェンヌ型筋ジストロフィーは驚くほど多く、約3,500人に1人の男の子が該当する。 彼らは最終的に死に至る呼吸器の欠陥に遭うので、これを使って横隔膜の筋肉を再建することができる。」
この方法が臨床試験に移行する場合、研究者はヒト患者のドナー細胞拒絶反応の可能性を回避しなければならないだろう。
イメージ
緑色の筋衛星細胞は、ナノハイドロゲルによって損傷した筋肉鎖に付着している。
【BioQuick News：Hydrogel Technique for Delivering Muscle Stem Cells to Injured, Aging Muscle Tissue Is Successful in Model System; Technique May Ultimately Be Applicable to Duchenne Muscular Dystrophy】
