用磁铁移动肌肉纤维编程它们在组织内的排列方式

麻省理工学院 (MIT) 和波士顿大学的研究人员 10 月 20 日在《Device》杂志上报告称，用磁铁刺激肌肉纤维会使它们向同一方向生长，从而排列组织内的肌肉细胞。这些发现为医学研究人员提供了一种更简单、更省时的方法来编程肌肉细胞排列，这与健康的肌肉功能密切相关。

“在实验室环境中使肌肉对齐的能力意味着我们可以开发模型组织来了解健康和患病状态下的肌肉，并开发和测试对抗肌肉损伤或疾病的新疗法，”资深作者 Ritu Raman (@DrRituRaman )说，麻省理工学院的工程师。她补充说，更好地理解控制肌肉生长的规则也可以应用于机器人技术。

在之前的一项研究中，Raman 及其同事发现，通过在 10 天内每天 30 分钟使肌肉纤维因电刺激而收缩来“锻炼”肌肉纤维，可以使纤维变得更强健。这次，研究人员想要探索在同一时间范围内机械刺激肌肉纤维(而不是让它们自行反应)是否会产生相同的结果。为了进行研究，他们开发了一种不同于典型实验室技术的机械刺激肌肉组织的方法。

拉曼说：“通常，当人们想要在实验室环境中机械刺激组织时，他们会抓住组织的两端并前后移动它，拉伸和压缩整个组织。” “但这并不能真正模仿我们体内细胞如何相互交谈。我们希望在空间上控制组织内细胞之间的力，以匹配本地系统。”

为了以更真实的方式刺激肌肉细胞，拉曼和她的团队在含有磁性颗粒的软凝胶上的培养皿中培养细胞。当他们在凝胶下来回移动磁铁时，颗粒也会来回移动，从而“弯曲”细胞。研究人员可以通过改变磁铁的强度和方向来精确控制凝胶的移动方式，进而控制细胞内所受力的大小和方向。为了测量组织内肌肉纤维的排列以及它们是否同步收缩，波士顿大学团队的合作者开发了一种定制软件，可以自动跟踪肌肉的视频并生成其运动图表。

“我们的研究结果让我们感到非常惊讶，”拉曼说。虽然在 10 天的时间里对肌肉纤维进行机械刺激似乎并没有使它们变得更强壮，但它确实使它们全部朝同一方向生长。

拉曼说：“此外，我们很高兴地发现，当我们触发肌肉收缩时，对齐的肌肉会同步跳动，而未对齐的肌肉则没有节奏地跳动。” “这证实了我们的理解，即肌肉的形式和功能本质上是相关的，控制形式可以帮助我们控制功能。”

拉曼和同事计划进一步研究不同的机械刺激方案如何影响健康和患病的肌肉纤维。此外，他们计划研究机械刺激如何影响其他类型的细胞。

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