研究人员开发出一种新型生物墨水，利用持续释放的激素促进三维打印肌肉组织的生长和再生。他们的方法为开发新的疗法打开了大门，以帮助那些因创伤、疾病或手术而导致肌肉缺失或损伤的人。
生成类似本地的肌肉组织是一项棘手的工作。肌肉组织由多种不同类型的细胞组成，肌肉周围的环境受复杂的生化和生物力学途径调节，包括炎性细胞因子和生长因子，它们能维持内部稳定并支持组织修复。
目前，修复因创伤、疾病或手术而受伤或丧失的肌肉需要将健康的肌肉转移到受影响的部位，这种技术称为自体转移。这种方法并不理想，因为它会对取自健康组织的部位产生负面影响，而且神经支配不良等并发症也会阻碍肌肉功能的恢复。
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现在，洛杉矶寺崎生物医学创新研究所（TIBI）的研究人员发明了一种新型改良生物墨水，用于增强3D打印骨骼肌结构，克服自体转移的局限性。
正常骨骼肌的发育是一个渐进的过程，它依赖于肌母细胞（肌肉细胞前体）融合在一起形成肌管，最终成为肌肉纤维。这一过程被称为肌生成。因此，在肌肉工程中，确保成熟的肌肉细胞在结构上排列整齐并提高其存活率，从而保持其功能至关重要。
为了模拟肌肉生成，研究人员利用了他们专门配制的生物墨水中的一种关键成分：胰岛素样生长因子-1（IGF-1），这是一种分子结构类似于胰岛素的激素，与生长激素一起对骨骼和组织的正常生长发育至关重要。
这种生物墨水由一种名为明胶甲基丙烯酰（GeIMA）的生物相容性明胶基水凝胶、成肌细胞和涂有 IGF-1 的聚乳酸丙烯酸酯（PLGA）微粒组成，目的是在微粒降解时缓慢释放激素。聚乳酸-聚乙二醇酸（PLGA）具有持续释放特性、低毒性和生物相容性，是最有效的可生物降解聚合物纳米颗粒之一。生物墨水的对照版本不含 IGF-1。
研究人员发现，生物打印肌肉构建体三天后，肌母细胞仍然存活，证实打印过程没有损伤细胞。他们观察到肌母细胞排列增强，肌母细胞融合形成肌管，在含有IGF-1的构建体中，肌管明显更长更宽。在PLGA/IGF-1条件下，肌管覆盖了25%的面积，而在对照条件下，这一比例不到16%。
如下视频所示，在生物打印后 10 天左右，成型组织开始自发收缩，收缩力足以撼动水凝胶基底。在含有持续释放的 IGF-1 的区域，收缩的幅度明显更大。
研究人员随后将三维打印的肌肉结构植入小鼠体内。六周后，接受了IGF-1持续释放构建体的小鼠显示出最多的肌肉组织再生。他们总结说，这项研究的结果有力地表明，他们的新型生物墨水可以形成一种与原生肌肉组织非常相似的收缩三维结构。
"IGF-1的持续释放促进了肌肉细胞的成熟和排列，这是肌肉组织修复和再生的关键一步，"该研究的通讯作者Ali Khademhosseini说。"利用这种策略治疗性地创建功能性收缩肌肉组织具有巨大潜力。"
该研究发表在《大分子生物科学》（Macromolecular Bioscience）杂志上。
