基础科学研究所 3D骨骼肌样生物工程结构示意图学分:基础科学研究所 肌肉是人类最大的器官，占身体质量的40%，在维持生命中起着至关重要的作用
肌肉组织以其独特的自发再生能力而闻名
然而，在严重受伤的情况下，如车祸或肿瘤切除导致的肌肉体积损失(VML)，肌肉的恢复能力大大降低
目前，VML疗法包括外科手术，自体肌瓣或移植，伴随物理治疗
然而，外科手术通常会导致肌肉功能下降，在某些情况下会导致完全移植失败
因此，需要额外的治疗选择来改善肌肉损失的恢复
一个有希望改善受损肌肉功能能力的策略是通过整合移植细胞诱导骨骼肌的新生
不同类型的细胞，包括卫星细胞(肌肉干细胞)、成肌细胞和间充质干细胞，已被用于治疗肌肉损失
然而，侵入性肌肉活检、差的细胞可用性和有限的长期维护阻碍了临床转化，其中可能需要数百万至数十亿成熟细胞来提供治疗益处
另一个重要的问题是控制损伤部位的三维微环境，以确保移植的细胞适当分化成具有所需结构的肌肉组织
多种天然和合成生物材料已被用于增强移植细胞的存活和成熟，同时为肌肉再生募集宿主细胞
然而，在组织支架的发展过程中，仍有未解决的、长期的难题
天然支架显示出高的细胞识别和细胞结合亲和力，但是在需要长期机械支撑的大损伤或承重组织中通常不能提供机械强度
相比之下，合成支架提供了一种精确设计的替代物，具有可调的机械和物理性质，以及定制的结构和生物化学组成，但通常受到缺乏细胞募集和与宿主组织整合不良的阻碍
MEM基础科学研究所多孔聚己内酯支架的扫描电镜图像 为了克服这些挑战，韩国首尔基础科学研究所(IBS)纳米医学中心、延世大学和麻省理工学院(MIT)的一个研究小组设计了一种新的人工肌肉再生方案
该团队通过采用直接细胞重编程技术结合天然-合成混合支架，在小鼠模型中实现了对VML病的有效治疗
直接细胞重编程，也称为直接转化，是一种提供有效细胞治疗的有效策略，因为它允许使用来自组织活检的自体细胞快速产生患者特异性靶细胞
成纤维细胞是结缔组织中常见的细胞，它们广泛参与伤口愈合
由于成纤维细胞不是终末分化的细胞，因此可以使用几种不同的转录因子将它们转化为诱导的肌源性祖细胞
在此，该策略被应用于为肌肉组织工程提供肌动蛋白
为了给增殖的肌肉细胞提供结构支持，选择聚己内酯作为制造多孔支架的材料，因为其具有高生物相容性
虽然盐析是一种广泛使用的制造多孔材料的方法，但它主要局限于制造封闭的多孔结构
为了克服这一限制，研究人员通过热拉伸增强了传统的盐析方法，以生产定制的聚己内酯纤维支架
该技术有助于高通量制造具有可控刚度、孔隙率和尺寸的多孔纤维，从而能够根据损伤部位精确定制支架
移植后1周和4周消融肌肉组织的恢复 然而，单独的合成聚己内酯纤维支架不能提供模拟肌肉特定微环境的最佳生化和局部机械信号
因此，通过将脱细胞肌肉细胞外基质(MEM)水凝胶掺入到聚己内酯结构中，完成了杂交支架的构建
目前，在临床实践中，MEM是治疗VML最广泛使用的天然生物材料之一
因此，研究人员认为用MEM设计的混合支架在临床应用中有巨大的潜力
所得到的生物工程化肌纤维构建体显示出与肌肉组织相似的机械刚度，并且在体外显示出增强的肌肉分化和延长的肌肉排列
此外，在VML小鼠模型中植入生物工程肌肉构建体不仅促进了具有增加的神经支配和血管生成的肌肉再生，而且还促进了受损肌肉的功能恢复
研究小组指出:“混合肌肉构建体可能通过协调分化、旁分泌效应和建设性组织重塑来引导外源性添加的重编程肌肉细胞和浸润性肥大细胞群的反应，以增强功能性肌肉再生
" 教授
领导这项研究的IBS纳米医学中心和延世大学生命科学和生物技术学院的赵承宇指出，“需要进一步的研究来阐明我们的杂交构建体的肌肉再生机制，并增强细胞指导传递平台的临床翻译能力
"
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