麻省理工学院朱棣文教授 麻省理工学院的工程师设计了盘绕的“纳米纱线”，在这里显示为艺术家的诠释
扭曲的纤维衬有活细胞，可以用来修复受伤的肌肉和肌腱，同时保持它们的柔韧性
信用:菲利斯·弗兰克尔 人体由错综复杂的肌腱和肌肉组成的缆索系统连接在一起，这种系统天生坚韧，具有很强的伸展性
任何这些组织的损伤，特别是像肩或膝这样的主要关节，都需要手术修复和数周的活动受限才能完全愈合
现在，麻省理工学院的工程师们提出了一种组织工程设计，这种设计可以使受伤的肌腱和肌肉在愈合过程中实现灵活的运动范围
该团队设计了排列着活细胞的小线圈，他们说这些线圈可以作为修复受损肌肉和肌腱的弹性支架
这些线圈是由成千上万的生物相容的纳米纤维制成的，紧密地缠绕成类似微型航海绳或纱线的线圈
研究人员在纱线上涂上活细胞，包括肌肉和间充质干细胞，它们自然生长并沿着纱线排列，形成类似肌肉组织的图案
研究人员发现，纱线的盘绕结构有助于细胞存活和生长，即使团队多次拉伸和弯曲纱线
研究人员设想，在未来，医生可以用这种新的柔性材料为患者受损的肌腱和肌肉加衬，这种材料将涂有构成受损组织的相同细胞
“纱线”的弹性有助于维持病人的活动范围，同时新的细胞继续生长以替代受伤的组织
麻省理工学院机械工程助理教授郭明说:“当你修复肌肉或肌腱时，你真的需要通过穿靴子等方式，在一段时间内修复它们的运动。”
“有了这种纳米纤维纱线，你就不用再穿那样的衣服了
" 郭和他的同事本周在《国家科学院院刊》上发表了他们的研究结果
他在麻省理工学院的合著者是、郝玉坤、萨蒂什·古普塔和·胡
该团队还包括北京航空航天大学的郭凤云、王雅琼、女王和赵勇
粘在口香糖上 这种新型纳米纤维纱线的部分灵感来自该小组之前对龙虾膜的研究，他们发现这种甲壳类动物坚韧而有弹性的下腹部是由一种类似胶合板的层状结构造成的
每个微观层包含数十万个纳米纤维，所有纳米纤维都以相同的方向排列，与上下两层的角度略有偏移
纳米纤维的精确排列使得每一层在纤维排列的方向上高度可拉伸
郭(音)的工作主要集中在生物力学方面，他认为龙虾天生的弹性图案是设计人造组织的灵感来源，尤其是肩部和膝盖等高弹性部位
郭说，生物医学工程人员已经将肌肉细胞嵌入到水凝胶等其他有弹性的材料中，试图制造柔韧的人造组织
然而，虽然水凝胶本身具有弹性和韧性，但当拉伸时，嵌入的细胞往往会断裂，就像纸巾粘在一块口香糖上一样
“当你使水凝胶这样的材料大幅度变形时，它会被拉伸得恰到好处，但细胞无法承受，”郭说
“活细胞是敏感的，当你拉伸它们时，它们就会死亡
" 躲进一间小屋 研究人员意识到，仅仅考虑材料的可拉伸性不足以设计人造组织
这种材料还必须能够保护细胞免受材料拉伸时产生的严重应变
该团队从实际的肌肉和肌腱中寻找进一步的灵感，并观察到这些组织是由对齐的蛋白质纤维链组成的，这些纤维缠绕在一起形成微小的螺旋，肌肉细胞沿着这些螺旋生长。
事实证明，当蛋白质线圈伸展时，肌肉细胞只是简单地旋转，就像小纸片粘在细长的
郭希望将这种天然的、有弹性的细胞保护结构复制成一种人造组织材料
为此，该团队首先利用静电纺丝技术制造了数十万条排列整齐的纳米纤维，静电纺丝是一种利用电力从聚合物或其他材料溶液中纺出超薄纤维的技术
在这种情况下，他产生了由生物相容性材料如纤维素制成的纳米纤维
研究小组随后将排列整齐的纤维捆扎在一起，并缓慢地将其扭曲，首先形成一个螺旋，然后形成一个更紧的线圈，最终类似于纱线，宽约半毫米
最后，他们沿着每个线圈植入活细胞，包括肌肉细胞、间充质干细胞和人类乳腺癌细胞
研究人员随后将每个线圈重复拉伸至原来长度的六倍，发现每个线圈上的大多数细胞仍然存活，并随着线圈的拉伸而继续生长
有趣的是，当他们将细胞接种在由相同材料制成的更松散的螺旋形结构上时，他们发现细胞存活的可能性更小
郭说，更紧的线圈结构似乎“保护”细胞免受损伤
展望未来，该小组计划用丝等其他生物相容材料制造类似的线圈，这些线圈最终可以注射到受伤的组织中
线圈可以为新细胞的生长提供一个临时的、灵活的支架
一旦细胞成功修复损伤，支架就会溶解掉
郭说:“有一天，我们也许能够将这些结构植入皮下，而这些(线圈)材料最终将被消化，而新细胞则留在原地。”
“这种方法的好处是，它非常通用，我们可以尝试不同的材料
这可能会大大推动组织工程的极限
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