方法和结果:在这篇综述中,从机械耦合,分泌的串扰到干细胞交换的肌肉骨相互作用的不断发展的概念被依次解释。机械耦合的理论源于观察到的骨骼质量的发展和维持在很大程度上取决于肌肉衍生的机械载荷,后来沃尔夫的法律,犹他州范式,犹他州范式和机械托特假设证明了这一点。然后,骨骼和肌肉逐渐被识别为内分泌器官,可以分泌各种细胞因子来调节组织稳态并相互重塑。最新的观点以更直接的方式呈现了肌肉骨的相互作用:骨骼肌中常驻间充质基质细胞,即纤维化核对祖细胞(FAPS),可以迁移到骨损伤部位并促进骨骼再生。出现的证据甚至揭示了肌肉骨骼系统外的组织的异位源,突出了其动态特性。
牛骨骼肌基因组DNA是一种高度完整的高分子大小DNA。它是从单个供体的单个组织中提取的,并用无DNase RNase处理以去除污染物RNA。基因组DNA精确地通过纳米体(一种分光光度计技术)测量,并存储在-80oC中。
金属有机框架是一类多孔材料,在微电子领域显示出有希望的特性。为了达到这些材料的工业用途,通常首选气相技术,并最近引入。但是,所达到的厚度是不够的,限制了进一步的发展。在这项工作中,描述了允许使用环状配体/水暴露的数百个NM形成数百个NM的改进的气相过程。然后,通过深入的表面分析和分子动力学模拟的组合,建立了羟基缺陷在ZIF-8层中的存在和作用,以达到这种厚度。同时,这项研究揭示了该方法的固有限制:厚度生长是结合的,缺陷在晶体成熟时修复;这种缺陷修复最终导致孔窗窗口的下降下方的孔窗口的扩散半径下降,因此显然可以通过这种生长方法来限制这类材料拓扑的最大MOF厚度。
背景:肌肉减少症是肿瘤患者的常见疾病,目前已认识到,患有肌肉减少症的肿瘤患者接受抗肿瘤治疗后,其不良反应比不患有肌肉减少症的患者更严重,长期生存时间更短。抗肿瘤药物虽然有利于肿瘤的消退,但与癌症引起的肌肉萎缩/肌肉减少症、肌血症或肌内脂肪沉积存在干扰和协同作用,且两种情况经常重叠,难以得出结论。近年来,抗肿瘤药物治疗过程中骨骼肌的动态变化越来越受到重视,动态变化不仅指测量基线水平的骨骼肌数量,更注重整个治疗过程中或治疗结束时骨骼肌数量的增加或减少。
与主要氧化表型相比,导致主要肥大表型的机制,分别是抗氧化表型,分别是抗药性训练(RT)或有氧训练的标志(AT)。在人类中,幼稚的人暴露于AT或RT会导致其骨骼肌表现出通用的“运动压力相关”信号传导,转录和翻译反应。然而,随着AT或RT参与度的增加,响应得到了完善,并且通常与每种运动形式相关的表型也会出现。在这里,我们回顾了一些基于肌肉变化的机制,该机制通过AT,“适合”和RT,“强大”。 '我们对分子运动生理学的大部分理解是由针对蛋白质合成后翻译后修饰和测量的针对性分析产生的。特定残基位点的磷酸化一直是主要的焦点,在AT和RT的背景下,经过规范的信号通路(AMPK和MTOR)进行了广泛的研究。仅这些,以及蛋白质合成,才开始阐明AT和RT信号的关键差异。仍然,在蛋白质合成的信号传导和调节中,关键但未表征的差异仍具有唯一适应为AT和RT的蛋白质。OMIC研究以更好地了解运动与训练的表型结局之间的分歧关系。
各种方案已被证明可有效地将小鼠和人多能干细胞分化为骨骼肌,并用于研究肌发生。当前的2D肌源分化方案可以模仿肌肉发育及其在诸如肌肉营养不良等病理状况下的改变。3D骨骼肌分化方法还可以模拟发育中的器官中各种细胞类型之间的相互作用。我们的协议确保通过具有近似性中胚层和神经抑制剂的近端和神经抑制剂的身份和神经板板板和外瘤的有组织结构进一步产生的细胞,通过细胞通过细胞通过细胞通过细胞将人类胚胎/诱导的多能干细胞(HESC/HIPSC)分化为骨骼肌器官(SMO)。连续培养忽略了神经谱系分化并促进胎儿肌发生,包括纤维化孕育祖细胞和PAX7阳性肌源祖细胞的成熟。PAX7祖细胞类似于人类发育的晚期阶段,并且基于单细胞的转录组分析,聚集在接近原代肌肉的成年卫星细胞附近。为了克服疾病进展过程中肌肉营养不良患者的肌肉活检的有限可用性,我们建议使用SMO系统,SMO系统提供了从患者特异性IPSC中提供稳定的骨骼肌祖细胞,以研究健康和患病状况中人类肌肉的研究。
CRISPR 基因编辑是一种治疗遗传疾病的变革性技术,但递送限制在很大程度上限制了其治疗应用到肝脏靶向和体外治疗。在这里,我们介绍了 NanoCas 的发现和工程设计,这是一种超紧凑型 CRISPR 核酸酶,能够将 CRISPR 在体内的作用范围扩展到肝脏靶标之外。我们通过实验筛选了在宏基因组数据中发现的 176 个超紧凑型 CRISPR 系统,并应用蛋白质工程方法来提高 NanoCas 的编辑效率。当通过腺相关病毒 (AAV) 载体给药时,优化的 NanoCas 在体内对各种细胞系统和组织表现出强大的编辑能力。尽管 NanoCas 的大小约为传统 CRISPR 核酸酶的三分之一,但仍能实现这一点。在概念验证实验中,我们观察到在小鼠模型中使用优化的 NanoCas 进行稳健的编辑,该模型靶向参与胆固醇调节的基因 Pcsk9,并靶向肌营养不良蛋白中的外显子剪接位点以解决杜氏肌营养不良症 (DMD) 突变。我们进一步在非人类灵长类动物 (NHP) 体内测试了我们的 NanoCas 系统的有效性,结果发现肌肉组织中的编辑水平超过 30%。NanoCas 体积小巧,结合强大的核酸酶编辑功能,为体内非肝脏组织的单 AAV 编辑打开了大门,包括使用较新的编辑模式,例如逆转录酶 (RT) 编辑、碱基编辑和表观遗传编辑。
通过肌肉嗜性 AAV 衣壳和肌肉特异性启动子的双策略方法改进向骨骼肌的基因传递。作者:Annalucia Darbey 1、Wenanlan Jin 1、Linda Greensmith 1 James N. Sleigh 1,2*、John Counsell 3*、Pietro Fratta 1,4* 隶属关系:1 英国伦敦大学学院皇后广场神经肌肉疾病系和伦敦大学学院皇后广场运动神经元疾病中心,伦敦大学学院皇后广场神经病学研究所,伦敦 WC1N 3BG。2 英国伦敦大学学院英国痴呆症研究所,伦敦 WC1E 6BT。3 英国伦敦大学学院外科和介入科学部靶向干预研究系,查尔斯贝尔楼,伦敦,英国 4 弗朗西斯克里克研究所;伦敦,NW1 1AT,英国 * 通讯作者:Pietro Fratta ( p.fratta@ucl.ac.uk),John Counsell ( j.counsell@ucl.ac.uk) 和 James N. Sleigh ( j.sleigh@ucl.ac.uk)。摘要基于腺相关病毒 (AAV) 的病毒载体技术已展示出将基因货物运送到体内各种器官的良好能力,过去十年中,几种新型候选病毒在人体试验中显示出临床效果。然而,天然存在的 AAV 血清型在靶向骨骼肌方面的能力有限,而骨骼肌是许多神经肌肉疾病的重要基因治疗靶点。这意味着通常需要高剂量的 AAV 才能在肌肉中达到治疗有效剂量。为了克服这个问题,新型 AAV 载体衣壳已被设计成通过将靶向肽插入 AAV9 衣壳可变区 VIII (VRIII) 来实现更高的肌肉转导效率。我们在此描述了一种新报道的衣壳,称为 MyoAAV1A,与临床验证的肌肉特异性启动子相结合。我们分析了体内递送至小鼠骨骼肌的效率,发现 MyoAAV1A 衣壳与 MHCK7 启动子的最佳组合可维持骨骼肌中的转基因表达,并减少脱靶组织(尤其是肝脏)中的表达。这突出了一种有前途的衣壳-启动子组合,可在骨骼肌基因治疗的进一步临床前研究中取得进展。图形摘要
摘要:骨骼肌是一种高度可塑的组织,在急性和阻力运动中表现出显著的适应能力,并改变其组成以适应使用和废用,这一过程称为肌肉可塑性。热休克蛋白 (HSP) 是一类进化保守的分子伴侣,与骨骼肌可塑性的调节有关。在这里,我们总结了支持以下观点的关键发现:HSP 是维持骨骼肌完整性和功能性所必需的重要成分。HSP 参与肌生成所需的转录程序,并在肌肉运动和损伤后被激活。它们的功能障碍(无论是由于表达不当还是基因突变导致)都会导致肌肉萎缩并导致肌病和周围运动神经病的发展。在运动神经病中观察到神经支配/神经支配和反复的神经退化/再生,这表明 HSP 表达和功能失衡可能会损害神经肌肉接头的修复。增强 HSP 活性可能有助于通过促进肌肉分化和帮助修复 NMJ 来防止肌肉萎缩。增强 HSP 功能还可能有助于对抗横纹肌肉瘤 (RMS) 的发展,这是一种高度侵袭性的儿童软组织肉瘤,其细胞具有骨骼肌特征,但无法完全分化为骨骼肌细胞。
肌营养不良症 (MD) 是一组罕见的遗传性疾病,会导致骨骼肌逐渐无力,并出现营养不良病理表型。它们分为九种主要类型:肌强直、杜兴氏、贝克尔、肢带、面肩肱型、先天性、眼咽型、远端型和埃默里-德雷富斯型 (Mercuri 等人,2019)。其中,成年人最常见的形式是肌强直性营养不良症 (DM),每 3000 人中就有 1 人受到影响,是由 DMPK(DM1:# 160900)或 CNBP(DM2:# 602668)基因座突变引起的(Mateos-Aierdi 等人,2015)。另一方面,儿童期最常见、最严重的遗传性营养不良症是杜氏肌营养不良症 (DMD,ONIM:#310200),每 5000 名新生男婴中就有 1 名患有此病 (Mendell 等人,2012 年),其原因是肌营养不良蛋白基因突变导致蛋白质完全缺失 (Ervasti & Sonnemann,2008 年;Hoffman 等人,1987 年)。总体而言,MD 涉及 40 多个基因的突变,这些基因导致不同的发病分子机制(详见 (Mercuri et al., 2019))。除了 MD 之外,在其他病理生理情况下也会观察到肌肉功能缺陷,例如大面积创伤、癌症或肌肉废用导致的萎缩(即身体固定后)(Sartori et al., 2021),或与年龄相关的肌肉质量损失、肌肉减少症(Muñoz-C anoves et al., 2020),这给不同的国家卫生系统带来了沉重的负担。因此,旨在改善生理和病理情况下的肌肉功能的策略和干预措施仍然是科学和医学界面临的关键挑战。在这种背景下,纳米医学提供了大量前所未有的工具,可以彻底改变我们看待骨骼肌疾病再生医学的方式。一方面,组织再生纳米医学利用纳米尺度材料作为药物输送系统 (DDS),利用细胞水平的内源性运输在纳米长度尺度上主动驱动这一事实 (Pozzi et al., 2014)。纳米粒子 (NPs) 的高表面体积比有利于生长因子 (Z. Wang, Wang, et al., 2017)、寡核苷酸 (Roberts et al., 2020)、细胞因子 (Raimondo & Mooney, 2018) 和其他生物活性剂的负载,以促进组织再生,而丰富的表面化学性质允许用靶向配体修饰 NPs,以确保更精确的输送。通过保护其有效载荷免于降解,NPs 可提高其药代动力学和生物利用度 (Fathi-Achachelouei et al., 2019)。就材料组成而言,有机纳米颗粒(即脂质体、聚合物、固体脂质纳米颗粒)具有悠久而成功的临床应用历史,可以保证良好的生物相容性和生物降解性(Colapicchioni,2020 年)。而无机纳米颗粒(即金属、氧化物、碳基、二氧化硅等)则表现出更高的化学稳定性,更容易合成和功能化,并且对内部(pH、温度、氧化还原电位)和外部(光、超声波和磁场)刺激具有良好的响应性(Mclaughlin 等人,2016 年)。此外,这些 NP 的独特光学特性(荧光、等离子体吸光度等)允许它们作为成像剂使用,因为它们允许在纳米图案支架或 DDS 内进行卓越的时空控制。然而,尽管具有这些吸引人的特性,无机 NP 在临床转化方面还不够成熟,而且它们的潜在毒性是一个值得关注的重要问题(Yang 等人,2019 年)。纳米医学彻底改变了骨骼肌再生的第二个领域是生物工程方法。骨骼肌再生研究的很大一部分集中在合成仿生支架以供细胞附着和生长以维持组织重建。纳米级材料的主要优势之一是可以优化这些支架的物理和生物特性,从而实现高度定制的平台。不同的纳米材料被用于优化支架的物理特性(即机械强度、电导性)并提供可控的生物活性剂释放。在这种情况下,纳米纤维支架通过改善系统架构提供拓扑支持以引导肌纤维分化和排列。另一方面,导电支架利用骨骼肌组织的内在兴奋性来调节肌肉细胞的存活、增殖和分化特性(Langridge 等人,2021 年)。本综述概述了纳米材料在肌肉疾病中的应用,重点介绍它们在组织工程方法和作为 DDS 的应用,并探索某些无机 NP 作为免疫调节剂的内在潜力(图 1)。本研究还将讨论该领域的未来前景以及限制这些纳米系统从实验室到临床的有效转化的困难。骨骼肌再生研究的很大一部分集中在合成仿生支架上,用于细胞附着和生长以维持组织重建。纳米级材料的主要优势之一是可以优化这些支架的物理和生物特性,从而实现高度定制的平台。不同的纳米材料被用来优化支架的物理特性(即机械强度、电导性)并提供受控的生物活性剂释放。在这种情况下,纳米纤维支架通过改善系统架构提供拓扑支持以引导肌纤维分化和排列。另一方面,导电支架利用骨骼肌组织的内在兴奋性来调节肌细胞的存活、增殖和分化特性(Langridge 等人,2021 年)。本综述概述了纳米材料在肌肉疾病中的应用,重点介绍了它们在组织工程方法和 DDS 中的应用,并探索了一些无机 NP 作为免疫调节剂的内在潜力(图 1)。本研究还将讨论该领域的未来前景以及限制这些纳米系统从实验室到临床的有效转化的困难。骨骼肌再生研究的很大一部分集中在合成仿生支架上,用于细胞附着和生长以维持组织重建。纳米级材料的主要优势之一是可以优化这些支架的物理和生物特性,从而实现高度定制的平台。不同的纳米材料被用来优化支架的物理特性(即机械强度、电导性)并提供受控的生物活性剂释放。在这种情况下,纳米纤维支架通过改善系统架构提供拓扑支持以引导肌纤维分化和排列。另一方面,导电支架利用骨骼肌组织的内在兴奋性来调节肌细胞的存活、增殖和分化特性(Langridge 等人,2021 年)。本综述概述了纳米材料在肌肉疾病中的应用,重点介绍了它们在组织工程方法和 DDS 中的应用,并探索了一些无机 NP 作为免疫调节剂的内在潜力(图 1)。本研究还将讨论该领域的未来前景以及限制这些纳米系统从实验室到临床的有效转化的困难。