PNAS：可自我修复的工程骨骼肌

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PNAS：可自我修复的工程骨骼肌
7 ?2 I- d( V) V' G7 x' J% z8 L$ {2014-04-02 1 来源：生物360 作者：koo 8 h* C0 l8 Z8 K2 F
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科学家在实验室中培养出组织工程骨骼肌能像原生一样强力收缩，具备自我修复能力
  G7 J& ~% c% N, n日前，来自杜克大学的生物医学工程师在《PNAS》上报告称，他们在实验室中培养出了看上去与真实肌肉非常相似的组织工程骨骼肌。它能够快速有力地收缩，植入小鼠体内后很快就可与机体融合，并首次展示出在实验器皿中和动物体内都能自行修复的能力。
+ Y4 e. {' v; @5 l7 \* p4 ^通过实验小鼠背部的一个窗口，研究人员得以实时监测这种组织工程肌在活体动物体内融合和发育的情况。杜克大学生物医学工程副教授 Nenad Bursac 说，无论是他们在实验室培养的组织工程肌，还是这项试验性技术，都是朝着培养可用于疾病研究和伤病治疗的肌肉迈出的重要步骤。“我们培养的肌肉是这一领域的一项重要进展。” Bursac 说，“这是组织工程肌首次表现得能像原生的新生骨骼肌一样强力地收缩。”3 E/ e, _4 M* t( y( e! Y9 `8 C
Bursac 和研究生 Mark Juhas 带领的团队发现，研制性能更好的肌肉需要具备两个条件：发达的收缩性肌纤维和被称为卫星细胞的肌肉干细胞池。每一块肌肉都有卫星细胞储备，一旦肌肉受伤，卫星细胞就会启动并促发再生过程。
* q+ D8 V0 G. H# m  V/ n这项研究成功的关键就在于，研究人员为这些干细胞创建了微环境，让它们在其中随时待命。“简单地植入卫星细胞或欠发达的肌肉并不能凑效。” Juhas 说，“我们培养的发达肌肉可以为卫星细胞提供住处，一旦有需要，它们就能帮助肌肉组织恢复强劲和功能。”2 H  n9 g  a- M8 i
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此系列图像显示了暴露在蛇毒液中后的工程肌纤维的后续恢复过程- `' I# z- M  x; B
该团队在实验室中对这种组织工程肌进行了全面测试。利用电脉冲刺激检测其收缩强度的结果显示，它比以往制造的任何仿生肌肉都要强壮 10 倍以上。研究人员还用蛇毒液中的一种毒素来破坏它，证明卫星细胞能够激活、增殖并成功地治愈受伤的肌肉纤维。* e7 x; ^, i# x- }; j# h( u
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此系列图像显示静脉缓慢生长到植入的工程肌纤维的进度
1 f/ a6 D  O$ L5 L; Y. A0 f. G接着，他们又用活体小鼠开展实验，先对组织工程肌的肌纤维进行遗传修改，使肌肉收缩时发出荧光闪烁，然后将肌肉插入小鼠背部一个带有玻璃面板的小腔室中。在两周的时间内， Juhas 每隔两天就透过玻璃窗口对植入的肌肉进行拍摄，观察它们的生长情况。他们发现，随着肌肉变得越来越强壮，荧光闪烁也越来越明亮。“我们可以看到并实时测量血管如何长入植入的肌肉纤维中，肌肉如何发育成熟并拥有与天然肌肉组织类似的强度。” Juhas 说。- k( C" _8 ^& R+ W
研究团队目前已经开始着手检验这种组织工程肌是否可用于修复实际的肌肉损伤和疾病。“它能否血管化、受神经支配和修复受损肌肉的功能？” Bursac 说，“这就是未来几年中我们将要致力研究的课题。”
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Mark Juhas, George C. Engelmayr, Jr., Andrew N. Fontanella, Gregory M. Palmer, and Nenad Bursac. Biomimetic engineered muscle with capacity for vascular integration and functional maturation in vivo. PNAS, March 31, 2014; doi:10.1073/pnas.1402723111
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