多伦多大学两个实验室的研究人员发现了一种测试骨骼肌自我修复的新方法，该方法有望加速肌营养不良症（MD）及其他退行性肌肉疾病疗法的开发。“在项目开始前，如果有人告诉我能在培养皿中创建再生微环境，我会持怀疑态度，”艾莉森·麦奎根（Alison McGuigan）教授（化学工程与生物医学工程系）表示，“当我们着手研究并确认其可行性后，整个团队都深受鼓舞。这个项目主要由实验室的研究生、博士后研究员和研究助理推动。”
过去五年间，麦奎根与佩妮·吉尔伯特（Penney Gilbert）教授（生物医学工程系）的研究团队持续合作。相关成果近期发表在《先进功能材料》期刊上。
骨骼肌组织中的干细胞具有修复受损组织的能力。损伤发生后，人体会激活这些干细胞进行肌肉修复。但在疾病或衰老情况下，干细胞的再生能力减弱，导致组织退化。吉尔伯特和麦奎根等再生医学研究人员致力于利用干细胞能力促进机体自我修复——即“内源性修复”，以应对肌营养不良症及年龄相关的肌肉退化等重大损伤。
研究团队创建的MEndR模型将功能性肌肉细胞（负责运动）和肌肉干细胞（负责修复）置于纤维素纸中。随后使用蛇毒衍生物模拟功能性肌肉细胞的损伤，并观察干细胞如何再生肌肉组织。该模型允许研究人员施加不同蛋白质或药物，测试其对干细胞介导修复的刺激效果。
吉尔伯特指出，该发现不同于其他体外组织测试方法。她的实验室位于多纳利细胞与生物分子研究中心，她解释道：“现有测试多仅观察组织存活性，而我们的筛选聚焦于干细胞的实际功能——即干细胞被激活后能否在不损耗种群的前提下生成新肌肉组织。这是我们已知的首例发表研究。”
在吉尔伯特和麦奎根实验室工作的博士后研究员萨德格·达伍迪（Sadegh Davoudi）表示，该项目源于两项独立研究的融合：他原本在小鼠模型中筛选促进肌肉再生的新药，而同事、麦奎根与吉尔伯特实验室的博士生贝拉（宾）·徐（Bella (Bin) Xu）正在开发微型肌肉组织。“某次小组讨论中，我们尝试将肌肉干细胞添加到微型肌肉组织中，观察其修复损伤的能力，”达伍迪回忆道，“令人振奋的是，干细胞不仅成功修复了微型肌肉，其对药物治疗的反应也与动物模型完全一致。”
作为研究共同第一作者的徐表示，模型设计使药物对肌肉再生的影响分析达到前所未有的精度。“我们的三维模型具有可及性、模块化和简易性优势，突破了动物模型和二维细胞培养的局限，实现了此前无法进行的深度分析。这确实是突破性研究，我们期待与科学界分享。”
该体外方法的优势在于能同时测试多达96种药物或蛋白质，远超动物实验的可行性，将显著加速药物和疗法的临床研发进程。吉尔伯特（同时也是加拿大内源性修复研究主席）指出，尽管当前研究聚焦骨骼肌组织，但该方法原理可拓展至其他组织。“肠道、眼部甚至脑组织都可能适用。基于我们开发的原理，研究人员可探索其他组织的干细胞修复潜力。”
此项研究隶属“医学设计”资助的跨团队项目，旨在研究脑组织与肌肉组织的自我修复机制。麦奎根坦言，此前从未接触过骨骼肌研究，但通过将实验室的工程专长与吉尔伯特团队的骨骼肌及干细胞生物学 expertise 结合，实现了突破。“尽管目前聚焦肌肉与脑组织，但我们的终极目标是建立可推广至人体其他系统的再生管线，”麦奎根强调。
吉尔伯特表示，“医学设计”对该团队的投入对推进组织工程研究至关重要。“尽管潜力巨大，但初创阶段往往难以获得资助。‘医学设计’承担了风险并提供资金支持，如今我们已证实能在培养皿中制造功能性组织，这将帮助我们争取更多后续资金。”
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