Биологические науки/ Передовые научные разработки

К.б.н. Булякова Н.В., Азарова В.С.

Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН, Москва,

Россия

Восстановление поврежденных мышц у крысят в условиях лазерного воздействия и аллопластики области травмы

Для восстановления поврежденных органов и тканей разрабатываются различные методологические подходы, в том числе методы клеточной и тканевой терапии, когда в область повреждения имплантируются клетки или ткани, предварительно выращенные в культуре [7]. В условиях механической травмы скелетных мышц хорошие результаты показал альтернативный метод тканевой терапии: аутопластика, аллопластика или ксенопластика области травмы мышечной тканью, извлеченной в момент операции [1-6]. При этом в область травмы вместе с окружающими тканями, содержащимися в мышечном фрагменте, привносятся так называемые регионарные мышечные клетки-сателлиты, являющиеся источником регенерации мышечных элементов.

Цель работы. Исследовать процесс восстановления травмированной икроножной мышцы у крысят в раннем периоде онтогенеза в условиях аллопластики области мышечной травмы с помощью мышечной ткани животного того же возраста. Для усиления эффекта восстановления до операции мышцы крыс реципиентов или доноров подвергали предварительному воздействию лучей He-Ne лазера. Согласно данным литературы лазерное излучение низкой интенсивности может снижать трансплантационный иммунитет и оказывать стимулирующее влияние на метаболизм и функцию скелетной мышечной ткани.

Методы исследования. Одномесячные животные были разделены на две группы. В 1-ой группе у крысят обе задние конечности в области проекции икроножных мышц в течение двух недель подвергались предварительному курсовому воздействию лазерных лучей (He-Ne лазер, длина волны 632.8 нм, плотность мощности 2.5-3 мВт/см², на каждую конечность по 10 облучений суммарно в дозе 4.5-5.4 Дж/см²). Во 2-й группе крысята оставались интактными. После лазерного воздействия у животных обеих групп под нембуталовым наркозом вскрывали кожу, кроющую мышцу и полностью перерезали только правые икроножные мышцы. Затем между двумя группами была проведена перекрестная аллопластика области мышечной травмы правых икроножных мышц реципиента измельченной мышечной тканью, извлеченной из левой икроножной мышцы донора. В результате, 1-я группа состояла из крысят-реципиентов, которым в предварительно облученную лазером правую икроножную мышцу было имплантировано некоторое количество необлученной лазером измельченной мышечной ткани, извлеченной из левой необлученной икроножной мышцы крысы-донора, предварительно не подвергавшейся лазерному воздействию. И наоборот, 2-я группа состояла из крысят-реципиентов, которым в необлученную лазером перерезанную правую икроножную мышцу имплантировали предварительно облученную лазером измельченную мышечную ткань, извлеченную из левой облученной икроножной мышцы крысят, подвергавшихся предварительно лазерному облучению. Регенераты правых икроножных мышц изучали через 7, 14 и 30 сут после аллопластики. Животных выводили из опыта инъекцией больших доз нембутала.

Результаты. Лазерное облучение начинали с 2-недельного возраста, когда масса икроножных мышц составляла 0.28±0.003% от массы тела крысы (рис.1). После 10-кратного воздействия лучей He-Ne лазера в течение двух недель масса икроножных мышц к месячному возрасту крысят увеличилась с 0.41±0.006% до 0.44±0.01% (р<0.01). После аллопластики восстановление травмированных мышц у всех крысят происходило на фоне некоторого снижения массы регенератов. По сравнению с массой мышц до операции масса 30-суточных регенератов снижалась в условиях лазерного облучения мышц реципиента в 1.4 раза, в условиях облучения имплантируемой мышечной ткани – в 1.3 раза. Однако на завершающем этапе масса регенератов в обоих случаях была одинаковой.

Гистологический анализ регенерирующих мышц показал, что область травмы в мышцах инфильтрируется клетками лимфоидной ткани. На 7-е сутки уже отмечалось несколько очагов регенерационной перестройки аллогенной мышечной ткани: высвобождались миобласты, формировались миотубы (рис.2). Нежизнеспособные участки имплантата подвергались резорбции и лизису. В течение 14 сут отмечалось также усиление регенерации мышечной ткани реципиента. По краю проксимальной и дистальной культей в перерезанной мышце отрастали широкие и узкие миотубы. Предварительное облучение мышц реципиента или аллогенной мышечной ткани донора He-Ne лазером в указанной дозе и режиме воздействия не выявило существенных различий в качественных показателях регенерации. Можно отметить лишь, что в обоих случаях мышечная ткань, подвергавшаяся предварительному лазерному облучению, активнее регенерировала. Через 30 сут область травмы почти полностью заполнялась регенерирующей мышечной тканью и небольшими участками тонковолокнистой соединительной ткани (рис.3). Иногда встречались единичные клетки жировой ткани. Участки рыхлой соединительной ткани с лимфоидной инфильтрацией значительно сокращались. В дистальной половине мышцы отмечалось некоторое увеличение прослоек соединительной ткани. Однако отмечены существенные различия при анализе функционального состояния тимуса (рис.1). При облучении икроножных мышц у крысят-реципиентов перед операцией масса тимуса была снижена и на 30-е сут окончательно не восстанавливалась. При аллопластике облученной лазером мышечной ткани к концу наблюдаемого срока у крысят-реципиентов функция тимуса начинает постепенно восстанавливаться (наблюдалась тенденция к увеличению массы тимуса).

Рис. 2.Формирование аллогенных Рис. 3. Регенерирующая мышечная

мышечных волокон. Рег. 7 сут. ткань в области травмы. Рег. 30 сут.

х400. х25.

Заключение. При существенных морфофункциональных повреждениях скелетных мышц у крыс в раннем периоде онтогенеза аллопластика дефекта мышечной тканью от животных того же возраста не ухудшает их восстановление как в условиях предварительного облучения лазером оперируемых мышц, так и мышечного аллопланта. В области травмы преобладает мышечная ткань, регенерировавшая от обеих мышечных культей реципиента и из аллогенной мышечной ткани. Наблюдаемое снижение массы регенератов подтверждает тот факт, что после значительных повреждений мышц полного восстановления их массы практически никогда не бывает. Процессы посттравматической регенерации происходят на фоне сниженной активности тимуса, причем в большей степени у реципиентов с облученными перед операцией мышцами, на что указывает изменение его массы к моменту операции и в ходе восстановления мышц.

Литература:

1.Булякова Н.В., Азарова В.С. Морфофункциональные особенности тимуса и мышечных регенератов при воздействии лазерного излучения и аллопластики мышечной ткани взрослого животного в область мышечной травмы // Изв. РАН. Сер. биол. 2009. № 1. С. 18–26.

2.Булякова Н.В., Азарова В.С. Регенерация мышц и состояние тимуса взрослых крыс при воздействии лазера и имплантации икроножных мышц и диафрагмы новорожденных крысят // Изв. РАН. Сер. биол. 2010. № 5. С. 1–12. DOI: 10.1134/S1062359010050031

3. Булякова Н.В., Стенина М.А., Азарова В.С. и др. Регенерационная активность мышечной ткани и состояние тимуса у молодых и старых мышей mdx в условиях травмы мышцы и ксенопластики раневого дефекта // Изв. РАН. Сер. биол. 2008. №2. С. 174–185. DOI: 10.1134/S106235900802009X

4.Попова М.Ф. Радиочувствительность и стимулирующие свойства регенерирующих тканей млекопитающих. М.: Наука, 1984. 174 с.

5.Студитский А.Н., Игнатьева З.П. Восстановление мышц у высших млекопитающих. М.: Изд-во АН СССР, 1961. 191 с.

6. Fan Y., Beilharz M.W., Grounds M.D. A potential alternative strategy for myoblast transfer therapy: the use of sliced muscle grafts // Cell Transplantation. 1996. V. 5. №. 3. P. 421–429.

7. Skuk D., Tremblay J.P. Implantation of myogenic cells in skeletal muscles // Stem cell anthology / ed. By Carlson Bruce M. Amsterdam: Elsevier, 2010.-XXI. 402 p. Ch. 26. P. 307–315.