Ćwiczenie mięśni pozwoli zwalczyć przewlekłe stany zapalne

Stan zapalny „w praktyce”

Stan zapalny może być zarówno przekleństwem, jak i błogosławieństwem. Krótkookresowy stan zapalny zwalcza infekcje i wspomaga regenerację mięśni po kontuzji.

Z drugiej strony, przewlekłe zapalenie ma wpływ na przebieg wielu chorób, w tym reumatoidalnego zapalenia stawów i sarkopenii. Sarkopenia to zanik mięśni związany ze starzeniem się.

Na szczęście wiele badań sugeruje, że regularne ćwiczenia mogą pomóc przeciwdziałać skutkom starzenia, znanego również jako... „stan zapalny”. W szczególności utrzymanie sprawności i aktywności fizycznej łagodzi przewlekłe stany zapalne, które zwiększają ryzyko wielu chorób dotykających osoby starsze.

Nie jest jednak jasne, w jaki sposób aktywne włókna mięśniowe łagodzą stany zapalne. Większość badaczy założyła, że stan zapalny jest redukowany poprzez przenikanie molekularne między włóknami mięśniowymi a innymi komórkami tkanki mięśniowej, takimi jak komórki tłuszczowe i komórki odpornościowe.

Jednak nowe badanie przeprowadzone przez inżynierów biomedycyny z Duke University w Durham w Karolinie Północnej sugeruje, że komórki mięśniowe są wysoce zdolne do samodzielnego kontrolowania stanu zapalnego. Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Science Advances.

Inżynieria ludzkich mięśni

Podczas ćwiczeń w ludzkim ciele zachodzi wiele procesów i trudno jest rozróżnić, które systemy i komórki wpływają na to, co „dzieje się” w ciele osoby aktywnej - wyjaśnia Nenad Bursac, profesor inżynierii biomedycznej w Duke i starszy autor artykułu.

Aby skupić się wyłącznie na komórkach mięśniowych, zespół wyhodował ludzkie mięśnie pozbawione innych typów komórek.

Laboratorium prof. Bursaca hoduje mięśnie szkieletowe na płytkach Petriego od prawie dziesięciu lat. Naukowcy mogą zmieniać budowę komórkową mięśnia, który jest w pełni funkcjonalny i może się kurczyć.

– Nasza platforma mięśniowa jest zaprojektowana modułowo, co oznacza, że możemy łączyć i dopasowywać różne typy komórek i składników tkanek, jeśli chcemy – mówi prof. Bursac. – Ale w tym przypadku odkryliśmy, że komórki mięśniowe są zdolne do samodzielnego działania przeciwzapalnego.

Jak przebiegało badanie?

Naukowcy chcieli zasymulować przewlekły stan zapalny i w tym celu przez 7 dni zasilali wyhodowane w laboratorium mięśnie interferonem-gamma, immunologiczną cząsteczką sygnalizacyjną, która zwiększa stan zapalny i jest powiązana z zanikiem mięśni i dysfunkcjami. Zgodnie z oczekiwaniami włókna mięśniowe skurczyły się i stały się słabsze.

Następnie, aby zasymulować ćwiczenia, naukowcy wysłali niewielką dawkę prądu elektrycznego przez mięsień. Co ciekawe, z biegiem czasu taki stan stymulował wzrost mięśni. Zmniejszył również wyniszczające i osłabiające mięśnie efekty interferonu-gamma.

Naukowcom udało się wskazać dokładną ścieżkę molekularną odpowiedzialną za ten wpływ na stan zapalny mięśni. Wykazali, że interferon-gamma stymuluje ten szlak, a wysiłek fizyczny go hamuje.

– Nie tylko potwierdziliśmy, że interferon-gamma działa głównie poprzez specyficzny szlak sygnałowy, ale pokazaliśmy, że komórki mięśniowe podczas ćwiczeń mogą bezpośrednio przeciwdziałać tej prozapalnej sygnalizacji niezależnie od obecności innych typów komórek lub tkanek – mówi Zhaowei Chen, habilitant w laboratorium prof. Bursaca i pierwszy autor artykułu.

Blokowanie ścieżki zapalnej

Badania mają wartość większą niż tylko zaspokojenie ciekawości naukowców: mogą wpłynąć na leczenie pacjentów.

Dwa leki zatwierdzone do leczenia reumatoidalnego zapalenia stawów: tofacitinib i baricytynib działają poprzez hamowanie tego samego szlaku zapalnego. Niedawno opublikowane badanie pilotażowe wskazuje, że baricytynib może być również bezpiecznym i skutecznym lekiem przeciwzapalnym dla pacjentów hospitalizowanych z powodu COVID-19.

W ramach ostatecznego testu swoich odkryć naukowcy z Duke zaaplikowali każdy lek po kolei na wyhodowany w laboratorium mięsień. Okazało się, że oba leki blokują działanie interferonu-gamma, zapobiegając w ten sposób wyniszczeniu i osłabieniu mięśni.

Oprócz zbadania przeciwzapalnych skutków ćwiczeń, autorzy proponują, aby naukowcy mogli wykorzystać mięśnie wyhodowane w laboratorium do testowania zdolności innych leków do zapobiegania wyniszczeniu i przewlekłemu zapaleniu.