在杜克大学实验室中生长的人造肌肉组织比其前身更栩栩如生,能够强大而迅速地收缩,同时还具有在生活测试环境中自我修复的能力。杜克大学的研究人员说,这一发展标志着朝着生长用于治疗疾病和研究伤害的可行肌肉材料发展的新步骤。
实验室生长的肌肉被植入小鼠的背部,研究人员能够通过鼠标背上打开的“窗口”观察肌肉的成熟情况并整合到真实的组织中。
杜克大学生物医学工程副教授内纳德·布尔萨克(Nenad Bursac)说:“我们制造的肌肉代表了该领域的重要进步。”“这是首次制造出与天然新生儿骨骼肌一样强的工程肌。”
Bursac和他的合作者,包括研究生Mark Juhas,确定要使人造肌肉更具有生命力,关键是两件事:发达的收缩性肌肉纤维和一组肌肉干细胞(称为卫星细胞)。
这些卫星细胞存在于每种类型的肌肉中,如果其他组织细胞受到损伤,则可以站立并开始再生过程。
研究人员能够创造一个人造环境,使这些卫星细胞可以保持待命状态,这在人造肌肉组织发育中是前所未有的壮举。
贾哈斯在一份声明中说:“简单地植入卫星细胞或发育不良的肌肉也不能正常工作。”“我们制造的发达的肌肉为卫星细胞提供了栖息空间,并在需要时恢复了健壮的肌肉组织及其功能。”
在将人造组织植入小鼠体内之前,研究人员对其进行了广泛的体外测试。生物工程师使用电脉冲来测量组织的收缩强度,发现其强度是以前任何经过工程改造的肌肉的10倍。同样在将其植入小鼠体内之前,研究人员还用蛇毒中发现的毒素破坏了组织,以证明卫星细胞可以激活,繁殖和治愈。
在证明该组织是可行的之后,研究人员将其植入到老鼠背上钻孔的专门室中。植入后,研究人员可以通过覆盖腔室的玻璃窗监视肌肉。
尤哈斯说:“我们可以实时观察和测量血管如何成长为植入的肌肉纤维,并逐渐成熟以达到与之相当的强度。”
未来的研究将测试人造肌肉是否可用于修复实际的肌肉损伤和疾病。
“它可以血管化,神经支配和修复受损肌肉的功能吗?”布尔萨克问。“这就是我们未来几年将致力于的工作。”
详细的研究文章发表在《美国国家科学院院刊》上。