Неконтролируемое воспаление играет роль в потере мышечной массы и слабости при многих заболеваниях, включая ревматоидный артрит. Новое исследование показывает, что при тренировке наши мышцы обладают врожденной способностью уменьшать это вредное воспаление.

Воспаление - неоднозначное благо. В краткосрочной перспективе оно борется с инфекциями и способствует регенерации мышц после травм.

С другой стороны, стойкое воспаление играет роль во многих заболеваниях, включая ревматоидный артрит и саркопению, то есть истощение мышц, связанное со старением.

К счастью, есть множество доказательств того, что регулярные упражнения могут помочь противостоять эффектам воспаления, вызывающего старение.

В частности, поддержание формы и активности снижает длительные или хронические воспаления, которые, как известно, повышают риск многих заболеваний, поражающих пожилых людей.

Однако неясно, как именно активные мышечные волокна подавляют воспаление.

Большинство исследователей предполагали, что воспаление уменьшается за счет молекулярного взаимодействия между мышечными волокнами и другими клетками мышечной ткани, такими как жировые клетки и иммунные клетки.

Но новое исследование биомедицинских инженеров из Университета Дьюка в Дареме, штат Северная Каролина, предполагает, что мышечные клетки вполне способны самостоятельно контролировать воспаление.

Исследование опубликовано в журнале Science Advances .

Разработанные человеческие мышцы

«Во время занятий физическими упражнениями в человеческом теле происходит множество процессов, и трудно различить, какие системы и клетки делают то, что внутри активного человека», - объясняет Ненад Бурсак, профессор биомедицинской инженерии в Duke и старший автор книги. исследовательская работа.

Поэтому, чтобы сосредоточиться исключительно на мышечных клетках, команда вырастила человеческие мышцы, лишенные других типов клеток.

Лаборатория профессора Бурсака выращивает скелетные мышцы в чашках Петри уже почти десять лет. Они могут изменять клеточный состав мышцы, которая полностью функциональна и может сокращаться.

«Наша инженерная мышечная платформа является модульной, что означает, что мы можем смешивать и сочетать различные типы клеток и тканевых компонентов, если захотим», - говорит профессор Бурсак. «Но в этом случае мы обнаружили, что мышечные клетки способны самостоятельно оказывать противовоспалительное действие».

Чтобы смоделировать хроническое воспаление, в течение 7 дней исследователи обливали выращенные в лаборатории мышцы гамма-интерфероном, иммунной сигнальной молекулой, которая способствует воспалению и связана с истощением и дисфункцией мышц.

Как и ожидалось, мышечные волокна сжались и стали слабее.

Затем, чтобы смоделировать упражнения, ученые пропустили через мышцу крошечный электрический ток.

Примечательно, что со временем ток стимулировал рост мышц. Это также уменьшило истощение мышц и ослабляющее действие гамма-интерферона.

Ученым удалось точно определить молекулярный путь, ответственный за эти эффекты на воспаление в мышцах. Они показали, что гамма-интерферон стимулирует этот путь, тогда как упражнения подавляют его.

«Мы не только подтвердили, что гамма-интерферон в основном работает через определенный сигнальный путь, но и показали, что упражнения мышечных клеток могут напрямую противодействовать этой провоспалительной передаче сигналов - независимо от присутствия других типов клеток или тканей», - говорит Чжаовей Чен, постдокторант лаборатории профессора Бурсака и первый автор статьи.

Блокирование воспалительного пути

Исследование имеет больше, чем просто любопытство - оно может повлиять на лечение пациентов.

Два препарата, одобренных для лечения ревматоидного артрита, тофацитиниб (Xeljanz) и барицитиниб (Olumiant), действуют, подавляя один и тот же воспалительный путь.

Недавно опубликованное пилотное исследование сообщает, что барицитиниб также может быть безопасным и эффективным противовоспалительным средством для пациентов, госпитализированных с COVID-19.

В качестве финальной проверки своих выводов исследователи из Duke применили каждое лекарство по очереди к выращенным в лаборатории мышцам.

Они обнаружили, что оба препарата блокируют действие гамма-интерферона и в процессе предотвращают мышечное истощение и слабость.

Помимо изучения противовоспалительных эффектов физических упражнений, авторы предполагают, что ученые могут использовать выращенные в лаборатории мышцы для проверки способности других лекарств предотвращать истощение и хроническое воспаление.

Профессор Бурзак объясняет:

«Эти результаты показывают, насколько ценными могут быть выращенные в лаборатории человеческие мышцы для открытия новых механизмов заболевания и потенциальных методов лечения. Существуют представления о том, что оптимальные уровни и режимы упражнений могут бороться с хроническим воспалением, не перегружая клетки. Может быть, с помощью наших искусственно созданных мышц мы сможем помочь выяснить, верны ли такие представления ».