近日，發表在同行評議期刊《Cell Stem Cell》上的一項新研究中，來自美國加州大學洛杉磯分校（UCLA）再生醫學和幹細胞研究中心的一個跨學科研究團隊開發了關於人類骨骼肌如何發育（包括肌肉乾細胞形成）的首個路線圖，鑑定了骨骼肌組織中存在的各種細胞類型，從早期胚胎發育一直到成年。
該研究團隊重點研究了在出生前有助於肌肉形成的肌肉祖細胞，以及在出生後幫助肌肉形成和從受傷中恢復的肌肉乾細胞
該路線圖對於致力於在實驗室中開發肌肉乾細胞的研究人員來說至關重要。這些幹細胞可用於再生細胞治療毀滅性的肌肉疾病，包括肌營養不良和肌少症。
研究通訊作者、Broad幹細胞研究中心的成員April Pyle說：「衰老或疾病導致的肌肉損失通常是肌肉乾細胞功能失調的結果。這張圖譜確定了肌肉祖細胞和幹細胞在整個發育過程中存在的精確基因網絡。這對開發在培養皿中產生這些細胞以治療肌肉疾病的方法至關重要。」
Pyle實驗室和很多機構的研究人員已經有能力從人類多能幹細胞中生成骨骼肌細胞，這些細胞有自我更新的能力，可以發展成身體中的任何細胞類型。然而，直到現在，他們還沒有辦法確定這些細胞在人類發育過程中的位置。
研究第一作者、Pyle實驗室微生物學、免疫學和分子遺傳學系助理教授Haibin Xi說：「我們知道，在實驗室生成的肌肉細胞不像在人體中發現的完全成熟的肌肉乾細胞具有功能。所以我們著手製作這張路線圖，用它作為參考，來比較我們生產的細胞和真正的人類骨骼肌組織的遺傳特徵。」
為了創造這一資源，研究團隊收集了兩組不同骨骼肌細胞的高度特異性數據：來自人體從胚胎發育的第五周到中年的骨骼肌細胞，以及在實驗室中產生的人多能幹細胞。然後，他們比較這兩個來源的細胞基因籤名。
研究團隊還從UCLA的合作者、南加州大學和德國圖賓根大學的同事那裡獲得了21份人體骨骼肌組織樣本。對於多能幹細胞來源的肌肉細胞，該團隊評估了使用他們自己獨特的方法和其他團隊的方法所創造的細胞。
Pyle實驗室與UCLA生物化學教授、Broad幹細胞研究中心成員Kathrin Plath的實驗室合作，對所有樣本進行高通量、基於液滴的單細胞RNA測序。這項技術使研究人員能夠識別單個細胞中存在的基因網絡，並能同時處理數千個細胞。利用這項技術和Plath實驗室的生物信息學專業知識，該團隊確定了來自人體組織和多能幹細胞的各種細胞類型的遺傳特徵。
接下來，他們開發了計算方法，重點研究肌肉祖細胞和幹細胞，並繪製出與每個發育階段相關的基因網絡。這使研究團隊能夠將在多能幹細胞來源的肌肉細胞中發現的遺傳特徵與人類肌肉發育路線圖譜上的相應位置匹配。
研究團隊發現，通過他們嘗試的方法產生的多能幹細胞衍生的肌肉細胞類似於早期發育狀態的肌肉祖細胞，但與成體肌肉乾細胞不一致。
除了確定實驗室生產的細胞的真正成熟度外，這項分析還提供了骨骼肌組織中發育過程中的其他細胞類型，以及從人類多能幹細胞衍生的其他細胞類型的詳細信息。這些細胞可能在肌肉細胞成熟過程中發揮重要作用，並可能對改進在培養皿中生成和支持肌肉乾細胞的方法至關重要。
Pyle說：「我們發現，一些在培養皿中產生肌肉細胞的方法也產生了可能支持肌肉細胞的獨特細胞類型。所以現在我們的問題是，這些細胞在做什麼？它們能否成為培養皿中成熟和功能性肌肉乾細胞的關鍵？」
展望未來，Pyle和她的同事們將致力於利用這一新資源，開發更好的方法，在實驗室中從人類多能幹細胞中產生肌肉乾細胞。她希望通過關注幹細胞相關的基因表達網絡和他們確定的支持細胞類型，可以產生高能量的肌肉乾細胞，為未來的再生療法提供幫助。
論文連結：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1934590920301569?via%3Dihub