用磁铁“对齐”肌肉纤维 | Cell Press科学新闻

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2023年10月20日，美国麻省理工学院（MIT）和波士顿大学研究人员在Cell Press细胞出版社旗下期刊Device上以封面论文的形式发表了一篇题为“Mechanically programming anisotropy in engineered muscle with actuating extracellular matrices”的报告，发现用磁铁刺激肌肉纤维可以使它们沿同一方向生长，从而在组织内对齐肌肉细胞。这些发现为医学研究人员提供了一种更简便、不太耗时的方法来对齐肌肉细胞。肌肉细胞对齐与肌肉功能健康密切相关。

“在实验室环境中制造‘对齐’的肌肉意味着我们可以开发组织模型，以理解健康和疾病状态下的肌肉，并有助于开发和测试新的治疗方法，以对抗肌肉损伤或疾病。”MIT工程师、论文通讯作者Ritu Raman说，对肌肉生长规则有更好的理解也可能在机器人技术方面有所应用。

在之前的研究中，Raman及同事发现，在10天里，每天对肌肉纤维进行30分钟的电刺激，能让肌肉纤维收缩，可以使其变得更强壮。这次，研究人员想要探究在相同时间框架内，机械刺激肌肉纤维是否会产生相同的结果。为此，他们开发了一种与传统实验室技术不同的机械刺激肌肉组织的方法。

“通常，当人们想要在实验室中机械刺激组织时，他们会抓住组织的两端来回移动，拉伸和压缩整个组织。”Raman说，“但这并不能真正模仿细胞在我们体内相互沟通的方式。我们希望在空间上控制组织内细胞之间的力，以便与体内系统相匹配。”

为了以更真实的方式刺激肌肉细胞，Raman和团队在含有磁性颗粒的软凝胶上培养细胞。当他们在凝胶下移动磁铁时，颗粒也会做出相应运动，从而“弯曲”了细胞。通过改变磁铁的强度和方向，研究人员可以精确地控制凝胶的运动方式，进而控制组织内细胞所经历力量的大小和方向。为了测量组织内肌肉纤维的对齐情况以及它们是否同步收缩，波士顿大学的合作者们开发了一个定制软件，能自动跟踪拍摄肌肉变化，并生成运动图表。

“研究结果令我们非常惊讶。”Raman说。虽然在10天里机械刺激肌肉纤维似乎并没有使它们变得更强壮，但确实使它们在同一方向上生长。

“此外，令我们兴奋的是，当我们触发肌肉收缩时，对齐的肌肉会同步跳动，而非对齐的肌肉则没有规律地跳动。”Raman说，“这证实了我们的理解，即肌肉的形式和功能是有内在联系的，控制形式可以帮助我们控制功能。”

Raman和同事计划研究不同的机械刺激如何影响健康和患病的肌肉纤维。此外，他们还计划研究机械刺激如何影响其他类型的细胞。

相关论文信息

相关社论发表在CellPress细胞出版社旗下期刊Device上，点击“阅读原文”或扫描下方二维码查看论文

▌论文标题：

Mechanically programming anisotropy in engineered muscle with actuating extracellular matrices

▌论文网址：

https://www.cell.com/device/fulltext/S2666-9986(23)00149-7

▌DOI：

https://doi.org/10.1016/j.device.2023.100097

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