供稿人：萬永康、高琳 供稿單位：西安交通大學機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室 發(fā)布日期：2024-06-22
骨骼肌約占人體質量的40%，對運動和全身代謝都至關重要。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公認因素，骨骼肌修復已成為修復受損組織或器官的良策骨骼肌修復能夠治療許多慢性疾病，如肌肉減少癥、重癥肌無力和骨質疏松癥，例如，刺激骨骼肌收縮作為骨骼肌修復方法之一，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，已被廣泛應用于實驗室研究，它通過在細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，例如，電極產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重限制了這種技術的應用。
中山大學材料科學與工程學院Fei Peng等學者通過使用磁驅動生物混合微型游泳器()結合近紅外激光輻射實現了對肌肉的無線、精確激活。該微型游泳器的制備和應用如圖1所示。首先，將納米顆粒涂覆在氯藻吡喃表面(C.pyrenoidosa)賦予微游泳器磁驅動和光熱能力(圖1a)。然后，在弱旋轉磁場的驅動下，生物雜交微游泳器可以在體外導航并遵循復雜的軌跡。同時，微游泳器可以通過遠程操作準確地接近靶向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象的機制?，F象表明：肌管在微游泳器和近紅外刺激后的收縮是由肌動蛋白-肌球蛋白相互作用介導的，與的瞬變無關(圖1c)。
圖1 微型游泳器的制備和應用
此外，Fei Peng等學者還用微型游泳器進行了小白鼠體外實驗，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，在磁場引導下，微游泳器在150秒內移動到所需的位置開始刺激肌肉纖維收縮。
圖2 微型游泳器的體內實驗
該技術可以應用于無線、精確、無創(chuàng)和生物相容的肌肉激活，為組織工程、仿生學以及各種醫(yī)療應用提供了一個智能平臺。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”，用于對細胞和組織進行局部刺激，特別適用于那些需要無接觸、無創(chuàng)傷和精確刺激的情況。