供稿人：萬永康、高琳 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 發(fā)布日期：2024-06-22
骨骼肌約占人體質(zhì)量的40%，對(duì)運(yùn)動(dòng)和全身代謝都至關(guān)重要。由于骨骼肌損失是衰老過程中提高發(fā)病率和死亡率的一個(gè)公認(rèn)因素，骨骼肌修復(fù)已成為修復(fù)受損組織或器官的良策骨骼肌修復(fù)能夠治療許多慢性疾病，如肌肉減少癥、重癥肌無力和骨質(zhì)疏松癥，例如，刺激骨骼肌收縮作為骨骼肌修復(fù)方法之一，它能通過維持肌肉活性來保持人體健康。
電刺激作為一種人為刺激，已被廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室研究，它通過在細(xì)胞外部放置有線電極來控制肌肉激活。電刺激存在一些明顯的缺點(diǎn)，例如，電極產(chǎn)生的電場缺乏均勻性和由于植入刺激器而造成的侵入性嚴(yán)重限制了這種技術(shù)的應(yīng)用。
中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院Fei Peng等學(xué)者通過使用磁驅(qū)動(dòng)生物混合微型游泳器()結(jié)合近紅外激光輻射實(shí)現(xiàn)了對(duì)肌肉的無線、精確激活。該微型游泳器的制備和應(yīng)用如圖1所示。首先，將納米顆粒涂覆在氯藻吡喃表面(C.pyrenoidosa)賦予微游泳器磁驅(qū)動(dòng)和光熱能力(圖1a)。然后，在弱旋轉(zhuǎn)磁場的驅(qū)動(dòng)下，生物雜交微游泳器可以在體外導(dǎo)航并遵循復(fù)雜的軌跡。同時(shí)，微游泳器可以通過遠(yuǎn)程操作準(zhǔn)確地接近靶向C2C12衍生的肌管，然后在近紅外刺激下有效地誘導(dǎo)肌管收縮，且局部溫度升高約5(圖1b)。最后，使用各種抑制劑來探索觀察到的現(xiàn)象的機(jī)制?，F(xiàn)象表明：肌管在微游泳器和近紅外刺激后的收縮是由肌動(dòng)蛋白-肌球蛋白相互作用介導(dǎo)的，與的瞬變無關(guān)(圖1c)。
圖1 微型游泳器的制備和應(yīng)用
此外，F(xiàn)ei Peng等學(xué)者還用微型游泳器進(jìn)行了小白鼠體外實(shí)驗(yàn)，如圖2所示。將麻醉大鼠的腿切開，將分散在20 PBS中的置于暴露的肌肉上，在磁場引導(dǎo)下，微游泳器在150秒內(nèi)移動(dòng)到所需的位置開始刺激肌肉纖維收縮。
圖2 微型游泳器的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)
該技術(shù)可以應(yīng)用于無線、精確、無創(chuàng)和生物相容的肌肉激活，為組織工程、仿生學(xué)以及各種醫(yī)療應(yīng)用提供了一個(gè)智能平臺(tái)。此外，這種多功能生物混合微型游泳器還可以作為活躍且精確的“貼片”，用于對(duì)細(xì)胞和組織進(jìn)行局部刺激，特別適用于那些需要無接觸、無創(chuàng)傷和精確刺激的情況。