《先进功能材料》各向异性3D图案重建肌肉束状组

【科研摘要】

骨骼肌的组织工程学已被提出作为广泛的肌肉损伤的一种潜在的再生治疗方法。在这方面，骨骼肌的高度组织化的结构使细胞的排列在肌肉组织工程中尤其不可或缺。然而，实现所需的对准继续证明是有挑战性的，尤其是在3D工程组织构造中。最近，韩国科学技术学院Nakwon Choi/延世大学SeungWoo Cho教授团队展示了一种仿生方法，通过概括3D肌肉样细胞和细胞外组织来生成功能性骨骼肌束样组织。实现了肌肉细胞外基质(MEM)纳米纤维的各向异性3D对齐，该纳米纤维能够通过调节可拉伸弹性体芯片中的纤维形成动力学来提供促肌原性微环境。重新编程的肌肉祖细胞沿着对齐的MEM纳米纤维以3D构型发育肌纤维，最终达到骨骼肌的结构和功能成熟。

由此产生的3D肌肉束状结构可支持从头肌肉再生，并在造成体积肌肉丢失和先天性肌营养不良的动物模型中诱导受伤肌肉的功能恢复。这项研究不仅强调了模拟肌肉的结构指导线索对3D肌肉组织工程的基本作用，而且还揭示了人工肌肉构造在再生医学中的临床潜力。相关论文以题为Reconstruction of Muscle FascicleLike Tissues by Anisotropic 3D Patterning发表在《Advanced Functional Materials》上。

【主图导读】

图1MEM的表征和3D对齐的MEM水凝胶的生成。

图2MEM的蛋白质组学表征。

图3在3D工程化骨骼肌构造中增强了iMPC的肌发生。

图43D工程骨骼肌构建物中增强的整合素信号传导。

图5是相关蛋白(YAP)，对3D MEM中iMPC的发生至关重要。

图6将3D工程化的骨骼肌结构移植到体积性肌肉丢失(VML)损伤小鼠模型中。

图7在肌肉营养不良的小鼠模型中，通过3D工程化的肌肉结构进行肌肉再生和功能改善。

【总结】

作者提出了一种新的工程策略，即使用肌肉特异性原纤维ECM组件(MEM)的各向异性3D图案以及直接重新编程的iMPC来构建功能性3D骨骼肌。该结果表明，ECM结构蛋白和ECM的各向异性排列不仅可以促进细胞与基质的相互作用，从而使细胞组织成有利于细胞与细胞相互作用和后续细胞融合的位置，而且还可以调节机械敏感信号以进行肌肉重编程。作者发现代表了在工程化能够治疗VML损伤和先天性营养不良性肌肉疾病的人造肌肉组织方面迈出的非凡进步。重组组织工程策略的翻译潜力必须在未来的临床前研究中使用更大的动物模型进一步验证。另外，该策略可以扩展到生产其他类型的3D组织构造，这些构造需要高度组织化的3D对齐的细胞和细胞外结构(例如，心脏，肌腱，韧带等)以用于治疗或其他目的。

参考文献:doi.org/10.1002/adfm.202006227

文章来源：《功能材料与器件学报》 网址: http://www.gnclyqjxb.cn/zonghexinwen/2021/0412/686.html