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人工肌肉組織的新希望

荷蘭恩荷芬科技大學的研究人員已經在實驗室裡找到一種簡單的方法來培養肌肉組織具有真正的肌肉結構。他們發現給予肌肉細胞單一個方向的張力,肌肉細胞會自然而然地彼此相互排列,這是肌肉能夠產生力量的主要條件。內皮細胞(血管)在同樣的體外培養環境下也會自動地組合起來形成新的血管。這個發現讓人工肌肉組織的工程技術向前邁進了一步,例如能夠使用更厚的肌肉組織植入術後的傷口。這個研究成果發表在本週《組織工程》期刊。


這個重要的發現還包括該技術不需要添加任何生化合成的生長因子來啟動整個過程。荷蘭恩荷芬科技大學的范德‧施哈芙特教授(Daisy van der Schaft)提到,組織形成的過程通常都需要生長因子來調節,但是生長因子的作用則非常不容易去控制。

漫無章法

其他研究人員也成功地用生物工程的技術做出包含血管的人工肌肉組織,但是在這些情況下,肌肉細胞與血管是呈現漫無章法的生長。為了讓肌肉能夠產生力量,所有的肌肉細胞必須被排列在同一方向。此外,肌肉需要血管提供他們氧氣和營養。

張力

荷蘭恩荷芬科技大學團隊製作的人工肌肉組織是從先在膠體上混合幹細胞與血管細胞(來自老鼠)進行前培養而來。然後,他們使用一小片魔鬼沾,將一小塊人工培養的組織(2 x 8 mm)固定在同一個方向。這些幹細胞之後會轉變為肌肉細胞,而這個過程通常會讓組織收縮。但是,由於這個組織被固定住,收縮的情況就被限制住,因而產生張力使得肌肉細胞在組織培養的過程中能夠排列整齊。這種整齊排列的特性是讓肌肉能夠發揮力量的必要條件。

製造生長因子

再則,血管細胞能夠自我組織形成血管,不需要研究人員額外添加生長因子,而這些都是自動創建而成。經過研究人員的檢驗發現,肌肉細胞在受到張力拉扯的情狀下會製造自己所需的生長因子。

較厚的組織

血管的形成是讓人工肌肉組織變厚的一個重要步驟。直到目前為止,人工肌肉組織的厚度僅能夠達到0.4 公厘,因為肌肉細胞不能夠跟血管距離超過0.2公厘,否則他們得不到充足的營養與氧氣。透過血管來提供血液的運輸意味著在不久的將來我們能夠提供養分給人工肌肉,可望將他們培養成更厚的組織。

不僅是化妝品

這個研究的最終目的是希望能夠治療失去肌肉組織的人,像說因為事故或是手術切除腫瘤的病人。范德‧施哈芙特教授解釋:「以修復顏面組織當作例子來說,使用這種人工肌肉組織不再只是化妝的遮掩,而是能夠給臉部組織回復功能性!」他期待在未來的十年這樣的想法能夠被實現。

荷蘭恩荷芬科技大學的研究人員近期要完成的下一步工作便是製作更厚的肌肉組織。同樣的技術也會被應用在人類細胞上。范德‧施哈芙特教授總結:「格羅寧根的醫療中心大學裡面的研究人員已經和我們合作,開始著手開發人類的人工肌肉組織。」

翻譯自: TU/e: Chained muscle tissue culture develops blood vessels and aligned structure

原始論文:Daisy W.J. van der Schaft, Ariane C.C. van Spreeuwel, Hans C. van Assen and Frank P.T. Baaijens. Tissue Engineering Part A. -Not available-, ahead of print. doi:10.1089/ten.tea.2011.0214.

看到這個研究成果,讓我開始預想未來我們身體受傷的地方能夠獲得完善的修復!研究人員很巧妙地先在同一平面上固定未分化的幹細胞,利用幹細胞轉形(tranformation)會自然地發生萎縮形變的特性,讓細胞感受到張力的拉扯,而分泌出生長因子。不僅提供肌肉細胞正常的排列生長,而且促使血管細胞的自我組織。此外,他們採用的膠體環境能夠讓肌肉細胞在3度空間下成長,同樣對於未來人工肌肉組織工程的應用提供重要的幫助。

關於作者

研究昆蟲的人,腦袋不時地轉來轉去,對於這個世界充滿好多想像與疑問。