מדענים יפנים גילו כי בניגוד לדעה הרווחת, תאי לוויין של שרירי השלד מתרבים מהר יותר בסביבות דלות גלוקוז. בעבר האמינו כי תאי היונקים מצליחים יותר כאשר להיפך, הם מקבלים יותר ממזין זה.
שריר השלד בנוי מרקמת שריר מפוספסת המתכווצת עם דחפים עצביים ובעלת יכולת להחלים מפציעה. המשתתפים העיקריים בהתחדשות השרירים הם תאי גזע ספציפיים להם, המכונים תאי לוויין, הנמצאים בין הסרקולמה - קרום התא של תא שריר או סיבי שריר - לבין הלמינה הבסיסית של מיופיברילים, אברונים של תאי שריר מפוספסים המבטיחים את התכווצותם.. תאי לווין בדרך כלל אינם ניידים ובעלי קצב חילוף חומרים נמוך, אך הם אלה שמפעילים את התוכנית המיוגנית כתגובה לנזק לשרירים.
כאשר הם פעילים, תאים אלה מבטאים חלבון קביעת מיובלסט 1 (MyoD), גורם שעתוק מרכזי במיוגנזה, ומתרבים כמיובלסטים לפני התמיינות והתמזגות לתיקון שרירים פגומים. היכולת של תאי הלוויין לשקם את השריר היא קריטית גם לשמירה על מסת השריר. מכיוון שהם משמשים ברפואה רגנרטיבית, חשוב להבין את המנגנון העומד בבסיס ההתנהגות של תאים אלה.
גלוקוז, בתורו, הוא מצע אנרגיה חשוב ומבשר אנבולי לתאי יונקים שונים. בגליקוליזה אנאירובית, שתי מולקולות ATP (חומצה אדנוזין טריפוספורית) נוצרות ממולקולת גלוקוז אחת, והפירובט המטבוליט המרכזי פועל כמדיום מזין במחזור החומצה הטריקרבוקסילית המיטוכונדרית באמצעות זרחון חמצוני. גלוקוז נחוץ גם לסינתזה של נוקלאוטידים דרך מסלול הפנטוז פוספט, הנדרש בייצור ריבוז לסינתזת DNA במהלך חלוקת התא. תאים מתרבים כמו תאים סרטניים מעדיפים גלוקוז כדלק להתפשטות מהירה. לכן, הוא האמין כי הסביבות של תאים מתורבתים שונים דורשים ריכוז גבוה של גלוקוז כדי לשפר את התפשטות - ריבוי רקמות באמצעות ריבוי תאים באמצעות חלוקה.
מדיה עתירת גלוקוז משמשת גם לתרבית תאי השריר. עם זאת, מדענים מאוניברסיטת מטרופוליטן מאוניברסיטת טוקיו גילו שתנאים כאלה, להיפך, אינם מתאימים לגידול תאי לוויין: הם זקוקים למדיום בעל תכולת גלוקוז נמוכה. זה סותר את האמונה הרווחת כי תאי יונקים עושים טוב יותר על ידי כך שהם מביאים יותר סוכר לפעילות הדלק. המחקר מתפרסם בכתב העת Frontiers in Cell and Biology התפתחותי.
צוות מחקר בראשות Yasuro Furuichi, Yasuko Manabe ו- Nobuharu L. Fuji חקר כיצד מתפתחים תאי לוויין של שרירי השלד מחוץ לגוף - בצלחות פטריות. הם שמו לב שרמות גלוקוז גבוהות יותר משפיעות לרעה על קצב הגדילה שלהם. סביבת הגלוקוז הנמוכה הביאה לתאים נוספים עם כל הסמנים הביוכימיים הנדרשים להתפשטות יעילה. בנוסף, אוכלוסיית תאי המילואים גדלה עקב ירידה בריכוז הגלוקוז (כפי שמעיד הביטוי של חלבון בשם Pax7, שמשחק תפקיד מרכזי בהתחדשות השרירים).הוכח שרמות גבוהות של חומר מזין זה מפריעות לתפקודים חשובים של תאי לוויין כגון ריבוי והתחדשות עצמית. ככל הנראה, ריכוזים מוגזמים כאלה מהווים גורם שלילי להומאוסטזיס של שרירי השלד, שכן היפרגליקמיה גורמת לפגיעה בהתחדשותם ובאטרופיה.
מדענים הצליחו גם לגדל תרבויות טהורות של תאי לוויין - אחרי הכל, סביבה עם תכולת גלוקוז נמוכה במיוחד אינה מאפשרת להתרבות של סוגי תאים אחרים. זה יכול לספק תנופה למחקר ביו -רפואי אחר. בינתיים, במהלך ניסויים במדיות גלוקוז גבוהות, תרביות תאי הלוויין הפכו לתערובת בשל העובדה שגם סוגי תאים אחרים במדגם המקורי התרבו. על ידי שמירה על רמות גלוקוז נמוכות, הצליחו מחברי המחקר ליצור תנאים שבהם לוויינים יכולים להתרבות, אך סוגים אחרים של תאים לא יכולים.
רמות הסוכר שהיו בשימוש בניסויים קודמים זהות לאלה שנראו אצל אנשים עם סוכרת. זה עשוי להסביר מדוע חולים אלו חווים אובדן שרירים. אבל איך הביולוגים קיבלו גלוקוז כל כך נמוך? לשם כך הוסיפו גלוקוז אוקסידאז, אנזים המעכל גלוקוז. לכן התאים חיו בצורה מפתיעה והתפתחו היטב. ככל הנראה, הם מקבלים את האנרגיה שלהם ממקור אחר לגמרי, ציינו המדענים. וזה נשאר לקבוע במחקר נוסף.