苏黎世联邦理工学院的 Ori Bar-Nur 教授和他的同事们是实验室培养肌肉细胞的先驱，他们目前使用小鼠细胞作为主要模型。虽然他们目前的研究以小鼠细胞为中心，但研究小组也热衷于探索人和牛细胞的潜力。他们的研究具有多方面的意义：实验室培养的人类肌肉组织可以满足外科手术的需要，而人类肌肉干细胞则可以为肌肉疾病患者提供治疗方案。
另一方面，在实验室中培养牛的肌肉组织可以改变肉类行业，消除屠宰动物的必要性。
不过，目前，ETH 团队的研究重点是优化肌肉干细胞的生成，使其更加安全。现在，他们通过一种新方法成功地做到了这一点。
肌肉干细胞和纤维可在实验室中由重新编程的结缔组织细胞培育而成（显微镜图片）。资料来源：苏黎世联邦理工学院/巴尔-努尔实验室
重编程细胞
与该领域的其他研究人员一样，苏黎世联邦理工学院的科学家们使用一种不同的、更容易生长的细胞类型作为生成肌肉细胞的起始材料：结缔组织细胞。他们使用小分子和蛋白质鸡尾酒，对这些细胞进行分子"重编程"，从而将它们转化为肌肉干细胞，然后迅速繁殖并产生肌肉纤维。
巴尔-努尔小组的博士生、本研究的两位主要合著者之一Xhem Qabrati解释说："这种方法使我们能够制造出大量的肌肉细胞。虽然也可以直接从肌肉活检组织中培养肌肉细胞，但细胞在分离后往往会失去功能，因此要生产大量细胞具有挑战性。"
所用鸡尾酒的一个重要成分--也是细胞转化的核心催化剂--是蛋白质MyoD。这是一种转录因子，可调节细胞核中某些肌肉基因的活性。MyoD 通常不存在于结缔组织细胞中。在这些细胞转变成肌肉细胞之前，科学家必须哄骗它们在细胞核中产生 MyoD，持续数天。
没有基因工程
到目前为止，研究人员都是通过基因工程来完成这一过程： 他们利用病毒颗粒将MyoD蛋白的DNA蓝图带入细胞核。在那里，病毒将这些构建指令插入基因组，使细胞能够产生 MyoD 蛋白。
然而，这种方法存在安全风险：科学家无法控制病毒将这些指令插入基因组的具体位置。有时，病毒会整合到一个重要基因的中间，对其造成损害，或者这种插入过程可能导致引发癌细胞形成的变化。
这一次，受COVID-19的mRNA疫苗的启发，Bar-Nur和他的同事们采用了一种不同的方法将MyoD传递到结缔组织细胞中：他们没有使用病毒来导入MyoD基因的DNA蓝图，而是将该基因的mRNA转录本导入细胞中。
这样细胞的基因组就不会发生变化，从而避免了与这种变化相关的负面影响。mRNA 仍能使结缔组织细胞产生 MyoD 蛋白，从而与 ETH 研究人员优化的鸡尾酒中的其他成分一起转化为肌肉干细胞和纤维。
研究人员最近在《再生医学》（NPJ）杂志上发表了他们的新方法。他们是第一位在没有基因工程的情况下将结缔组织细胞重新编程为肌肉干细胞的人。
帮助治疗肌肉萎缩症
研究人员在对患有杜兴氏肌肉萎缩症的小鼠进行的实验中表明，这种方法产生的肌肉细胞也具有完全的功能。在人类中，这种罕见的遗传性疾病会导致患者缺乏肌肉稳定性所需的蛋白质，这意味着他们会出现进行性肌肉萎缩和瘫痪。
苏黎世联邦理工学院的科学家们将无缺陷的肌肉干细胞注射到携带这种缺陷的杜氏肌营养不良症小鼠的肌肉中。他们能够证明，健康的干细胞能够在肌肉中形成修复的肌纤维。
Bar-Nur小组的另一名博士生、本研究的主要合著者Inseon Kim解释说："这种肌肉干细胞移植对晚期杜兴患者特别有帮助，因为他们已经受到肌肉萎缩的严重影响。"
这种方法适用于生产大量的肌肉干细胞。更重要的是，这种方法不需要进行基因工程，也没有相关风险，因此对人类未来的潜在治疗用途很有吸引力。
替代肉类生产
不过，研究人员还没有把他们的方法应用到人类细胞上；这是他们的下一步工作。Bar-Nur说："此外，我们还希望研究是否有可能通过向患有肌肉疾病的小鼠注射MyoD mRNA和其他鸡尾酒成分，在体内直接将结缔组织细胞转化为肌肉细胞。这种方法有朝一日也能帮助人类患者。"
最后，Bar-Nur和他的团队希望将他们的新发现融入到目前正在进行的牛细胞研究工作中，这也是实验室的另一项研究方向。他们希望这种方法将有助于目前培养动物肌肉干细胞用于培养肉类生产的努力。