近日，一項(xiàng)刊登于國(guó)際雜志eLife上的研究論文中，來(lái)自杜克大學(xué)的研究人員首次在實(shí)驗(yàn)室中開(kāi)發(fā)出了可以收縮并外界刺激產(chǎn)應(yīng)的人工骨骼肌，這種人工骨骼肌或可幫助研究人員進(jìn)行藥物的測(cè)試及研究一些人類(lèi)機(jī)體的肌肉功能。

研究者Nenad Bursac說(shuō)道，本文研究的亮點(diǎn)在于其可以為臨床試驗(yàn)提供幫助，后期我們就可以在不危害患者健康的前提下來(lái)檢測(cè)藥物的效用和安全性;首先研究者以可以生長(zhǎng)但不能分化產(chǎn)生肌肉組織的干細(xì)胞出發(fā)進(jìn)行研究，隨后研究人員將這種肌源性的前體細(xì)胞擴(kuò)大了1000倍，并將其作為填滿凝膠的3D支架來(lái)幫助生成排列整齊的肌肉纖維組織。

為了觀察這些肌肉組織是否可以用作醫(yī)學(xué)檢測(cè)，研究者Bursac教授研究了它們對(duì)一系列藥物的反應(yīng)，包括用于降膽固醇的他汀類(lèi)藥物和藥物克侖特羅，后者是一種標(biāo)簽外使用的運(yùn)動(dòng)員增強(qiáng)劑藥物。這些藥物的效應(yīng)可以同患者進(jìn)行匹配，他汀類(lèi)藥物具有劑量依賴(lài)性效應(yīng)，其可以引發(fā)脂肪積累;而克侖特羅則可以表現(xiàn)出狹窄的效應(yīng)，增加肌肉收縮，這兩種藥物的作用可以在人類(lèi)機(jī)體中被記錄下來(lái)，但克侖特羅在任何劑量下都不會(huì)損傷嚙齒類(lèi)動(dòng)物的肌肉組織，其可以促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室條件下的人工肌肉組織表現(xiàn)出真正的人類(lèi)反應(yīng)。

研究者Bursac說(shuō)道，我們的目的就是利用這種方法開(kāi)發(fā)針對(duì)病人的個(gè)體化療法，目前可以利用每個(gè)病人的活檢組織來(lái)培養(yǎng)出新型的肌肉來(lái)用于檢測(cè)樣本或者在實(shí)驗(yàn)室條件下研究藥物是否適合于每一位患者。盡管當(dāng)前研究離目標(biāo)有些遙遠(yuǎn)，但是研究者希望通過(guò)更多的研究來(lái)講藥物在患者機(jī)體中的作用同其在實(shí)驗(yàn)室生長(zhǎng)的肌肉組織中聯(lián)系起來(lái)，如今研究人員正在利用誘導(dǎo)多能干細(xì)胞來(lái)替代活檢組織開(kāi)發(fā)可以收縮的人類(lèi)肌肉組織。

目前有許多疾病，比如杜興氏肌肉營(yíng)養(yǎng)不良癥，研究者很難取得該疾病的肌肉活檢組織進(jìn)行檢測(cè)，但是如果研究者可以利用誘導(dǎo)多能干細(xì)胞來(lái)分化形成可供檢測(cè)的肌肉組織，那么或許有一天可以幫助開(kāi)發(fā)治療該疾病的新策略。相關(guān)研究由美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生院等機(jī)構(gòu)提供資助。

原文標(biāo)題：Bioengineered human myobundles mimic clinical responses of skeletal muscle to drugs

Lauran Madden, Mark Juhas, William E Kraus, george A Truskey, Nenad Bursac

Existing in vitro models of human skeletal muscle cannot recapitulate the organization and function of native muscle, limiting their use in physiological and pharmacological studies. Here, we demonstrate engineering of electrically and chemically responsive, contractile human muscle tissues ('myobundles') using primary myogenic cells. These biomimetic constructs exhibit aligned architecture, multinucleated and striated myofibers, and a Pax7+ cell pool. They contract spontaneously and respond to electrical stimuli with twitch and tetanic contractions. Positive correlation between contractile force and GCaMP6-reported calcium responses enables non-invasive tracking of myobundle function and drug response. During culture, myobundles maintain functional acetylcholine receptors and structurally and functionally mature, evidenced by increased myofiber diameter and improved calcium handling and contractile strength. In response to diversely acting drugs, myobundles undergo dose-dependent hypertrophy or toxic myopathy similar to clinical outcomes. Human myobundles provide an enabling platform for predictive drug and toxicology screening and development of novel therapeutics for muscle-related disorders.

作者：Lauran Madden 

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