生物医学工程师生长自我治愈的肌肉

实验室成长的肌肉是自我修复

长而彩色的工程肌纤维束被染色,以观察植入小鼠后的生长。

来自Duke University的生物医学工程师已经种植了生物骨骼肌,证明了在实验室和动物内部愈合的能力。

生物医学工程师已经培育出了活生生的骨骼肌,它们看起来很像真的骨骼肌。它能迅速有力地收缩,很快地融入老鼠体内,并且首次在实验室和动物体内展示了自愈的能力。

杜克大学(Duke University)进行的这项研究通过活生生的老鼠背部的窗户观察这种生物工程肌肉。这项新技术可以实时监测活体动物肌肉的整合和成熟过程。


在这里,细胞通过在植入鼠标后部后生长到实验室制成的肌肉纤维的静脉。

杜克大学生物医学工程副教授内纳德·布尔萨克(Nenad Bursac)表示,实验室培养的肌肉和实验技术都是培育可存活肌肉用于疾病研究和治疗损伤的重要步骤。

结果出现了3月31日在国家科学院的报告早期版

“我们所做的肌肉代表了该领域的重要进步,”Bursac说。“这是第一次创造工程肌肉,这些肌肉是本土新生儿骨骼肌的合同。”

经过多年不断完善的技术,一个由布尔萨克和研究生马克·尤哈斯(Mark Juhas)领导的团队发现,准备更好的肌肉需要两样东西——发育良好的可收缩肌肉纤维和被称为卫星细胞的肌肉干细胞库。

生物医学工程师已经培育出活的骨骼肌

这一系列图像显示了已经暴露于蛇毒液中发现的毒素的工程肌纤维的破坏和随后的恢复。这标志着第一次设计的肌肉已被证明在植入生物后修复自身。

每一个肌肉都有卫星电池储备,准备在受伤后激活并开始再生过程。团队成功的关键是成功创建了微环境 - 称为利基 - 这些干细胞等待他们的责任。

“简单地植入卫星细胞或较少发达的肌肉也不起作用,”Juhas说。“我们制造的良好肌肉为卫星电池提供了卫星电池,并且在需要时,恢复鲁棒的肌肉组织及其功能。”

为了将肌肉放在考验中,工程师通过实验室的审判术中的手套跑。通过用电脉冲刺激它,它们测量了其收缩强度,表明它比以前的任何工程肌肉更强的10倍。它们用蛇毒中发现的毒素损坏了它,以证明卫星细胞可以激活,繁殖和成功地治愈受伤的肌肉纤维。

然后他们把它从盘子里拿出来放进一只老鼠里。

生物医学工程师生长生物骨骼肌

这一系列图像显示了静脉缓慢生长成植入工程肌纤维的进展。

在杜克大学医学院放射肿瘤学助理教授格雷格·帕尔默(Greg Palmer)的帮助下,研究小组将实验室培养的肌肉植入了放置在活老鼠背部的小房间。然后用玻璃板覆盖房间。Juhas在两周内每隔两天通过窗口对植入的肌肉进行成像,以检查其进展情况。

通过对肌肉纤维进行基因改造,使其在钙峰值(导致肌肉收缩)期间产生荧光,研究人员可以看到随着肌肉变得更强壮,荧光变得更亮。

“我们可以实时地看到和测量血管如何进入植入的肌肉纤维,朝着等于其天然对应的强度而成熟,”Juhas说。

工程师现在开始工作,看看他们的肌肉肌肉是否可用于修复实际的肌肉损伤和疾病。

“它能使血管化、神经化和修复受损肌肉的功能吗?””Bursac问道。“这是我们接下来几年要做的事情。”

该工作得到了国家科学基金会研究生研究奖学金和国家关节炎和肌肉骨骼和皮肤病(AR055226)的支持。

出版物Mark Juhas等,“具有血管整合和功能成熟能力的仿生工程肌肉”,PNAS早期版,2014年3月;DOI: 10.1073 / pnas.1402723111

图片:杜克大学

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