供稿人：万永康、高琳 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室 发布日期：2024-06-22
骨骼肌约占人体质量的40%，对运动和全身代谢都至关重要。由于骨骼肌损失是衰老过程中提高发病率和死亡率的一个公认因素，骨骼肌修复已成为修复受损组织或器官的良策骨骼肌修复能够治疗许多慢性疾病，如肌肉减少症、重症肌无力和骨质疏松症，例如，刺激骨骼肌收缩作为骨骼肌修复方法之一，它能通过维持肌肉活性来保持人体健康。
电刺激作为一种人为刺激，已被广泛应用于实验室研究，它通过在细胞外部放置有线电极来控制肌肉激活。电刺激存在一些明显的缺点，例如，电极产生的电场缺乏均匀性和由于植入刺激器而造成的侵入性严重限制了这种技术的应用。
中山大学材料科学与工程学院Fei Peng等学者通过使用磁驱动生物混合微型游泳器()结合近红外激光辐射实现了对肌肉的无线、精确激活。该微型游泳器的制备和应用如图1所示。首先，将纳米颗粒涂覆在氯藻吡喃表面(C.pyrenoidosa)赋予微游泳器磁驱动和光热能力(图1a)。然后，在弱旋转磁场的驱动下，生物杂交微游泳器可以在体外导航并遵循复杂的轨迹。同时，微游泳器可以通过远程操作准确地接近靶向C2C12衍生的肌管，然后在近红外刺激下有效地诱导肌管收缩，且局部温度升高约5(图1b)。最后，使用各种抑制剂来探索观察到的现象的机制。现象表明：肌管在微游泳器和近红外刺激后的收缩是由肌动蛋白-肌球蛋白相互作用介导的，与的瞬变无关(图1c)。
图1 微型游泳器的制备和应用
此外，Fei Peng等学者还用微型游泳器进行了小白鼠体外实验，如图2所示。将麻醉大鼠的腿切开，将分散在20 PBS中的置于暴露的肌肉上，在磁场引导下，微游泳器在150秒内移动到所需的位置开始刺激肌肉纤维收缩。
图2 微型游泳器的体内实验
该技术可以应用于无线、精确、无创和生物相容的肌肉激活，为组织工程、仿生学以及各种医疗应用提供了一个智能平台。此外，这种多功能生物混合微型游泳器还可以作为活跃且精确的“贴片”，用于对细胞和组织进行局部刺激，特别适用于那些需要无接触、无创伤和精确刺激的情况。