عضلات و عملکرد آن‌ها

تقریباً هر کسی را در طول زندگی‌اش حداقل یک بار، تحت تأثیر صدمات عضلانی از هر نوعی که باشد قرار گرفته است. برای ورزشکاران و کارگرانی که کارهای فیزیکی انجام می‌دهند، تقریباً بخشی از زندگی روزمره است. گاهی اوقات، آسیب عضلانی می‌تواند ماه‌ها یا سال‌ها ادامه داشته باشد و به‌طور چشمگیری بر کیفیت زندگی فرد تأثیر بگذارد. با توجه به کاهش توانایی ما در ترمیم ناشی از افزایش سن و درک اینکه چگونه بافت‌های عضلانی ترمیم می‌شوند و همچنین توجه به این نکته که چگونه می‌توانیم از پتانسیل سلول‌های بنیادی بالغ برای حمایت از ترمیم بافت‌ها استفاده کنیم نیز، می‌تواند کیفیت زندگی ما را به طور قابل توجهی بهبود بخشد.

سلول بنیادی ماهیچه‌ای - یک سلول بنیادی عضلانی بافتی

محققان مدت زیادی است دریافته‌اند که ماهیچه‌ها حاوی نوع منحصر به فردی از سلول‌ها به نام سلول‌های بنیادی ماهیچه‌ای یا ماهواره‌ای هستند که نقش مهمی در ترمیم عضلات دارند. بعدها مشخص شد که این سلول نوعی سلول بنیادی خاص بافتی است که با آسیب دیدگی عضله فعال می‌شود. با این‌حال به رغم وجود سلول‌های ماهیچه‌ای در عضلات، ترمیم رباط‌ها و عضلات اغلب کمتر از حد مطلوب است و به وجود آمدن آسیب عضلانی می‌تواند کیفیت زندگی فرد را برای ماه‌ها  و حتی تا سال‌ها کاهش دهد.

سلول‌های بنیادی مغز استخوان برای ترمیم عضلات

در مراحل اولیه تحقیقات سلول‌های بنیادی، دانشمندان گزارش دادند که سلول‌های بنیادی مغز استخوان توانایی تبدیل به سلول‌های عضلانی و مشارکت در روند ترمیم عضله را دارند. علاوه بر این، با استفاده از مطالعات بر روی آسیب حیوانات نشان داده شد، که چگونه سلول‌های بنیادی به طور طبیعی پس از آسیب عضلانی، از مغز استخوان آزاد شده، چگونه به بافت آسیب دیده می‌روند و در آنجا به عضله مهاجرت کرده و در تماس با بافت عضلانی آسیب دیده، به ترمیم آن کمک می‌نمایند. این مطالعات، میزان نقش مهم سلول‌های بنیادی که به طور طبیعی در ترمیم بافت عضلانی ایفا می‌کنند را، مشخص نموده است.

آیا تحریک سلول‌های بنیادی درون‌زا می‌تواند به ترمیم عضله کمک کند؟

دانشمندان ثابت کردند که، چگونه تزریق مستقیم سلول‌های بنیادی مغز استخوان به عضله آسیب دیده، می‌تواند باعث افزایش ترمیم بافت عضلانی شود. با این حال، با توجه به این واقعیت که سلول‌های بنیادی مغز استخوان به طور طبیعی به ترمیم عضله کمک می‌کنند، اما، تحقیقات بیشتری برای تعیین اینکه آیا تحریک ساده سلول‌های بنیادی از مغز استخوان می‌تواند باعث بهبود عضله آسیب دیده شود نیز ضروری بود. 

دانشمندان با استفاده از عامل تحریک کننده سلول‌های بنیادی دارویی با نام فاکتور محرک کلونی گرانولوسیت (G-CSF)، نشان دادند که در واقع تحریک سلول‌های بنیادی درون‌زا (ESCM) می‌تواند ترمیم عضله را افزایش داده و نیز سرعت بخشد. مشخص شد که ESCM از طریق تبدیل سلول‌های بنیادی به سلول‌های عضلانی، و همچنین با تحریک سلول‌های ماهواره‌ای یا ماهیچه‌ای که از قبل در عضله وجود دارند، ترمیم بافت عضلانی را افزایش می‌دهد. نتیجه آن نه تنها ترمیم عضلانی افزایش یافته را تأیید کرد، بلکه افزایش قدرت عضلانی را نیز نشان داد.

نتایج مشابهی با استفاده از تجهیز کننده طبیعی سلول‌های بنیادی که نوعی سیانو باکتری با نام Aphanizomenon flos-aquae (AFA) است نیز ثبت شده است. استفاده از عصاره AFA به طور قابل توجهی بازسازی عضلات را پس از آسیب دیدگی شدید عضلانی افزایش می‌دهد

تحریک سلول‌های بنیادی درون‌زا برای بیماری‌های عضلانی دژنراتیو می‌تواند چه مفهومی داشته باشد؟

با وجود این‌که هیچ درمان قطعی در دسترس نیست، اما جالب است اشاره کنیم که تعدادی از رویکردهای مبتنی بر سلول‌های بنیادی برای بهبود علائم دیستروفی عضلانی به اثبات رسیده است. به طور مثال، برای پیوند عضلات آسیب‌دیده، سلول‌های بنیادی پالپ دندان  یا Dental pulp stem cell را به جریان خون تزریق نمودند و بهبود علائم دیستروفی عضلانی را گزارش دادند. تزریق سلول‌های بنیادی جدا شده از بافت عضلانی به طور مستقیم به شریان، به تغذیه عضله آسیب دیده و نیز بازسازی ماهیچه منجر شد. همچنین نتایج مشابهی در انسان‌های دیگر با تزریق سلول‌های بنیادی مشتق از ماهیچه به طور مستقیم به عضلات آسیب دیده نیز به دست آمده است.

همچنین با استفاده از G-CSF یا فاکتور محرک کلونی گرانولوسیت، تحریک آزادسازی سلول‌های بنیادی مغز استخوان، برای حمایت از بازسازی عضلانی در آزمایشات حیوانی با مشکلات دیستروفی عضلانی انجام شده، ضمن اینکه بهبود عملکرد عضلانی در بیماری “اسکلروز جانبی آمیوتروفیک یا (ALS) ” نیز گزارش شده است.

تحریک سلول‌های بنیادی درون‌زا و عملکرد ورزشی

جالب است بدانید که ورزش شدید به تنهایی منجر به افزایش تعداد سلول‌های بنیادی در گردش می‌شود. به عنوان مثال، تعداد سلول‌های بنیادی در گردش پس از ماراتون به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. دانشمندان بر این باورند که، آسیب میکروسکوپی بافت عضلانی مرتبط با فعالیت بدنی شدید باعث ترشح G-CSF می‌گردد و در نتیجه منجر به آزادسازی سلول‌های بنیادی از مغز استخوان می‌شود. ورزش همچنین باعث می‌شود که تبدیل سلول‌های بنیادی به سلول‌های پیش ساز اندوتلیال، که برای ساخت مویرگ‌های جدید در بافت عضلانی آسیب دیده است نیز، تقویت ‌گردد.

بنابراین، این یک واکنش طبیعی بدن، برای آزادسازی سلول‌های بنیادی پس از فعالیت بدنی شدید به منظور کمک به ترمیم آسیب‌های عضلانی میکروسکوپی است. با در نظر گرفتن این موضوع، این احتمال وجود دارد که حمایت از آزادسازی سلول‌های بنیادی از مغز استخوان، با استفاده روزانه از یک تجهیزکننده سلول‌های بنیادی گیاهی طبیعی، می‌تواند ترمیم عضلات را در ورزشکاران افزایش دهد و عملکرد ورزشی را در طول زمان بهبود بخشد.

Sources:

  1. The skeletal muscle satellite cell: still young and fascinating at 50.
    Yablonka-Reuveni Z. J Histochem Cytochem. 2011.
  2. Stem cell activation in skeletal muscle regeneration.
    Fu X, Wang H, Hu P.Cell Mol Life Sci. 2015 May;72(9):1663-77.
  3. Muscle regeneration by bone marrow-derived myogenic progenitors.
    Ferrari G, Cusella-De Angelis G, Coletta M, Paolucci E, Stornaiuolo A, Cossu G, Mavilio F.Science. 1998 Mar 6;279(5356):1528-30.
  4. Skeletal muscle differentiation potential of human adult bone marrow cells.
    Bossolasco P, Corti S, Strazzer S, Borsotti C, Del Bo R, Fortunato F, Salani S, Quirici N, Bertolini F, Gobbi A, Deliliers GL, Pietro Comi G, Soligo D.Exp Cell Res. 2004 Apr 15;295(1):66-78.
  5. Robust conversion of marrow cells to skeletal muscle with formation of marrow-derived muscle cell colonies: a multifactorial process.
    Abedi M, Greer DA, Colvin GA, Demers DA, Dooner MS, Harpel JA, Weier HU, Lambert JF, Quesenberry PJ.Exp Hematol. 2004 May;32(5):426-34.
  6. Induction of bone marrow-derived cells myogenic identity by their interactions with the satellite cell niche.
    Kowalski K, Dos Santos M, Maire P, Ciemerych MA, Brzoska E.Stem Cell Res Ther. 2018 Sep 27;9(1):258.
  7. Skeletal muscle differentiation potential of human adult bone marrow cells.
    Bossolasco P, Corti S, Strazzer S, Borsotti C, Del Bo R, Fortunato F, Salani S, Quirici N, Bertolini F, Gobbi A, Deliliers GL, Pietro Comi G, Soligo D.Exp Cell Res. 2004 Apr 15;295(1):66-78.
  8. Muscle regeneration by bone marrow-derived myogenic progenitors.
    Ferrari G, Cusella-De Angelis G, Coletta M, Paolucci E, Stornaiuolo A, Cossu G, Mavilio F.Science. 1998 Mar 6;279(5356):1528-30.
  9. Administration of granulocyte colony-stimulating factor facilitates the regenerative process of injured mice skeletal muscle via the activation of Akt/GSK3alphabeta signals.
    Naito T, Goto K, Morioka S, Matsuba Y, Akema T, Sugiura T, Ohira Y, Beppu M, Yoshioka T.Eur J Appl Physiol. 2009 Mar;105(4):643-51.
  10. Granulocyte-colony stimulating factor enhances muscle proliferation and strength following skeletal muscle injury in rats.
    Stratos I, Rotter R, Eipel C, Mittlmeier T, Vollmar B.J Appl Physiol (1985). 2007 Nov;103(5):1857-63.
  11. Mobilization of bone marrow stem cells with StemEnhance improves muscle regeneration in cardiotoxin-induced muscle injury.
    Drapeau C, Antarr D, Ma H, Yang Z, Tang L, Hoffman RM, Schaeffer DJ.Cell Cycle. 2010 May;9(9):1819-23.
  12. Early transplantation of human immature dental pulp stem cells from baby teeth to golden retriever muscular dystrophy (GRMD) dogs: Local or systemic?
    Kerkis I, Ambrosio CE, Kerkis A, Martins DS, Zucconi E, Fonseca SA, Cabral RM, Maranduba CM, Gaiad TP, Morini AC, Vieira NM, Brolio MP, Sant’Anna OA, Miglino MA, Zatz M.J Transl Med. 2008 Jul 3;6:35.
  13. Intraarterial injection of muscle-derived CD34(+)Sca-1(+) stem cells restores dystrophin in mdx mice.
    Torrente Y, Tremblay JP, Pisati F, Belicchi M, Rossi B, Sironi M, Fortunato F, El Fahime M, D’Angelo MG, Caron NJ, Constantin G, Paulin D, Scarlato G, Bresolin N.J Cell Biol. 2001 Jan 22;152(2):335-48.
  14. Identification of a putative pathway for the muscle homing of stem cells in a muscular dystrophy model.
    Torrente Y, Camirand G, Pisati F, Belicchi M, Rossi B, Colombo F, El Fahime M, Caron NJ, Issekutz AC, Constantin G, Tremblay JP, Bresolin N.J Cell Biol. 2003 Aug 4;162(3):511-20.
  15. Autologous transplantation of muscle-derived CD133+ stem cells in Duchenne muscle patients.
    Torrente Y, Belicchi M, Marchesi C, D’Antona G, Cogiamanian F, Pisati F, Gavina M, Giordano R, Tonlorenzi R, Fagiolari G, Lamperti C, Porretti L, Lopa R, Sampaolesi M, Vicentini L, Grimoldi N, Tiberio F, Songa V, Baratta P, Prelle A, Forzenigo L, Guglieri M, Pansarasa O, Rinaldi C, Mouly V, Butler-Browne GS, Comi GP, Biondetti P, Moggio M, Gaini SM, Stocchetti N, Priori A, D’Angelo MG, Turconi A, Bottinelli R, Cossu G, Rebulla P, Bresolin N.Cell Transplant. 2007;16(6):563-77.
  16. G-CSF supports long-term muscle regeneration in mouse models of muscular dystrophy.
    Hayashiji N, Yuasa S, Miyagoe-Suzuki Y, Hara M, Ito N, Hashimoto H, Kusumoto D, Seki T, Tohyama S, Kodaira M, Kunitomi A, Kashimura S, Takei M, Saito Y, Okata S, Egashira T, Endo J, Sasaoka T, Takeda S, Fukuda K.Nat Commun. 2015 Apr 13;6:6745.
  17. Granulocyte Colony-Stimulating Factor Ameliorates Skeletal Muscle Dysfunction in Amyotrophic Lateral Sclerosis Mice and Improves Proliferation of SOD1-G93A Myoblasts in vitro.
    Rando A, Gasco S, de la Torre M, García-Redondo A, Zaragoza P, Toivonen JM, Osta R.Neurodegener Dis. 2017;17(1):1-13.
  18. Circulating hematopoietic progenitor cells in runners.
    Bonsignore MR, Morici G, Santoro A, Pagano M, Cascio L, Bonanno A, Abate P, Mirabella F, Profita M, Insalaco G, Gioia M, Vignola AM, Majolino I, Testa U, Hogg JC.J Appl Physiol (1985). 2002 Nov;93(5):1691-7.
  19. The effect of brief exercise on circulating CD34+ stem cells in early and late pubertal boys.
    Zaldivar F, Eliakim A, Radom-Aizik S, Leu SY, Cooper DM.Pediatr Res. 2007 Apr;61(4):491-5.
  20. Haematopoietic stem cells and endothelial progenitor cells in healthy men: effect of aging and training.
    Thijssen DH, Vos JB, Verseyden C, van Zonneveld AJ, Smits P, Sweep FC, Hopman MT, de Boer HC.Aging Cell. 2006 Dec;5(6):495-503.
  21. Progenitor cell mobilization after exercise is related to systemic levels of G-CSF and muscle damage.
    Krüger K, Pilat C, Schild M, Lindner N, Frech T, Muders K, Mooren FC.Scand J Med Sci Sports. 2015 Jun;25(3):e283-91.
  22. A maximal exercise bout increases the number of circulating CD34+/KDR+ endothelial progenitor cells in healthy subjects. Relation with lipid profile.
    Van Craenenbroeck EM, Vrints CJ, Haine SE, Vermeulen K, Goovaerts I, Van Tendeloo VF, Hoymans VY, Conraads VM.J Appl Physiol (1985). 2008 Apr;104(4):1006-13.