Niekontrolowany stan zapalny odgrywa rolę w utracie mięśni i osłabieniu w wielu chorobach, w tym w reumatoidalnym zapaleniu stawów. Nowe badanie sugeruje, że nasze mięśnie, gdy są ćwiczone, mają wrodzoną zdolność do zmniejszania tego szkodliwego stanu zapalnego.
Tempura/Getty Images
Stan zapalny to mieszane błogosławieństwo. Na krótką metę zwalcza infekcje i wspomaga regenerację mięśni po kontuzji.
Trwały stan zapalny, z drugiej strony, odgrywa rolę w wielu chorobach, w tym reumatoidalnym zapaleniu stawów i sarkopenii, która jest marnowaniem mięśni związanym ze starzeniem się.
Na szczęście, bogactwo dowodów sugeruje, że regularne ćwiczenia mogą pomóc przeciwdziałać skutkom stanu zapalnego w starzeniu się, znanego również jako „inflammaging”.
W szczególności, pozostając sprawny i aktywny zmniejsza długotrwały, lub przewlekły, stan zapalny znany z tego, że zwiększa ryzyko wielu chorób, które dotykają starszych ludzi.
Dokładnie jak aktywne włókna mięśniowe gaszą stan zapalny było niejasne, jednak.
Większość badaczy założyła, że stan zapalny jest redukowany przez molekularny cross-talk pomiędzy włóknami mięśniowymi i innymi komórkami w tkance mięśniowej, takimi jak komórki tłuszczowe i komórki odpornościowe.
Ale nowe badanie przeprowadzone przez inżynierów biomedycznych z Duke University, w Durham, NC, sugeruje, że komórki mięśniowe są doskonale zdolne do samodzielnego kontrolowania stanu zapalnego.
Badania zostały opublikowane w czasopiśmie Science Advances.
Zmodyfikowany ludzki mięsień
„Mnóstwo procesów zachodzi w całym ludzkim ciele podczas ćwiczeń i trudno jest rozdzielić, które systemy i komórki robią co wewnątrz aktywnej osoby”, wyjaśnia Nenad Bursac, profesor inżynierii biomedycznej w Duke i starszy autor pracy badawczej.
Dlatego, aby skupić się wyłącznie na komórkach mięśniowych, zespół wyhodował ludzkie mięśnie pozbawione innych typów komórek.
Laboratorium prof. Bursaca hoduje mięśnie szkieletowe w szalkach Petriego od prawie dekady. Mogą oni zmieniać skład komórkowy mięśnia, który jest w pełni funkcjonalny i może się kurczyć.
„Nasza platforma inżynierii mięśniowej jest modułowa, co oznacza, że możemy mieszać i dopasowywać różne typy komórek i komponentów tkanki, jeśli chcemy”, mówi prof. Bursac. „Ale w tym przypadku odkryliśmy, że komórki mięśniowe były zdolne do podejmowania działań przeciwzapalnych zupełnie samodzielnie”.
Aby symulować przewlekły stan zapalny, przez 7 dni badacze oblewali swoje hodowane w laboratorium mięśnie interferonem-gamma, immunologiczną cząsteczką sygnalizacyjną, która promuje stan zapalny i została powiązana z marnowaniem i dysfunkcją mięśni.
Zgodnie z oczekiwaniami, włókna mięśniowe skurczyły się i stały się słabsze.
Następnie, aby symulować ćwiczenia, naukowcy wysłali maleńki prąd elektryczny przez mięsień.
Co niezwykłe, z czasem prąd ten stymulował wzrost mięśni. Zmniejszył również efekty osłabiające i niszczące mięśnie wywołane przez interferon gamma.
Naukowcom udało się wskazać dokładny szlak molekularny odpowiedzialny za te efekty na stan zapalny w mięśniach. Wykazali, że interferon-gamma stymuluje tę ścieżkę, podczas gdy ćwiczenia ją hamują.
„Nie tylko potwierdziliśmy, że interferon-gamma działa przede wszystkim poprzez specyficzną ścieżkę sygnalizacyjną, ale pokazaliśmy, że ćwiczące komórki mięśniowe mogą bezpośrednio przeciwdziałać tej prozapalnej sygnalizacji – niezależnie od obecności innych typów komórek lub tkanek” – mówi Zhaowei Chen, badacz podoktorski w laboratorium prof. Bursaca i pierwszy autor pracy.
Blokowanie szlaku zapalnego
Badania te mają więcej niż tylko wartość ciekawostki – mogą wpłynąć na leczenie pacjentów.
Dwa leki dopuszczone do stosowania w reumatoidalnym zapaleniu stawów, zwane tofacitinibem (Xeljanz) i baricitinibem (Olumiant), działają poprzez hamowanie tego samego szlaku zapalnego.
Niedawno opublikowane badanie pilotażowe podpowiada, że baricitinib może być również bezpiecznym i skutecznym leczeniem przeciwzapalnym dla pacjentów hospitalizowanych z COVID-19.
Jako ostateczny test swoich ustaleń, naukowcy z Duke zastosowali każdy lek po kolei do swoich laboratoryjnie wyhodowanych mięśni.
Odkryli, że oba leki blokowały działanie interferonu-gamma, a w procesie zapobiegały marnowaniu mięśni i osłabieniu.
Poza badaniem przeciwzapalnych efektów ćwiczeń, autorzy proponują, że naukowcy mogliby wykorzystać hodowane w laboratorium mięśnie do testowania zdolności innych leków do zapobiegania marnowaniu i przewlekłemu zapaleniu.
Prof. Bursac wyjaśnia:
„Te wyniki pokazują właśnie, jak cenne mogą być hodowane w laboratorium ludzkie mięśnie w odkrywaniu nowych mechanizmów chorób i potencjalnych metod leczenia. Istnieją poglądy, że optymalne poziomy i reżimy ćwiczeń mogłyby zwalczać przewlekły stan zapalny, jednocześnie nie przeciążając komórek. Może dzięki naszym zmodyfikowanym mięśniom pomożemy sprawdzić, czy takie wyobrażenia są prawdziwe.”