研究背景
《柳叶刀》于2020年发布了一项基于2019年全球疾病负担研究（GBD）的数据分析，指出肌肉骨骼疾病是需要康复服务人数最多的疾病领域，影响约17.1亿人，给全球健康和残疾管理带来了巨大挑战，其中包括大体积肌肉缺失（VML）。VML的主要临床治疗方法是自体移植，但存在供体肌肉数量有限和移植后再生效率低等问题。现有支架材料虽具有一定的促进肌肉生长能力，但难以同时兼顾低模量与高韧性，导致承载力不足，无法实现早期功能替代，从而延长患者治疗周期并降低生活质量。此外，现有材料功能单一，难以满足临床中的复杂需求。
研究成果
近日，南京大学李承辉教授与南京医科大学附属儿童医院郑朋飞教授团队合作，从天然肌肉的结构中汲取灵感，成功开发了一种柔软且超强韧的多功能人工肌肉用于治疗VML，该材料不仅克服了传统支架在生物相容性和力学适配性上的局限，还具备作为假肢驱动器的潜力，为人工肌肉的临床应用和生物医用材料的发展提供了新思路。相关研究以“A soft, ultra-tough and multifunctional artificial muscle for volumetric muscle loss treatment”为题发表在National Science Review上。南京大学博士研究生邱鹏飞和南京医科大学附属儿童医院博士后强磊为论文共同第一作者，共同通讯作者为南京大学化学化工学院李承辉教授和南京医科大学附属儿童医院郑朋飞教授。
成果简介
研究者通过选用具有生物相容性的高分子链段以及精确调控链段间的相互作用获得了具有与天然肌肉相似的生物力学特性的人工肌肉，包括低弹性模量（5.27 ± 0.05 MPa）、高拉伸强度（72.67 ± 3.19 MPa）、超高韧性（742.02 ± 23.98 MJ m-3），以及优异的抗撕裂和抗穿刺性能。此外，该人工肌肉还展现了类似天然肌肉的训练增强特性和可逆致动能力，具有作为假肢驱动器的潜力。通过体外细胞实验和体内大鼠模型验证，该人工肌肉对肌细胞无毒性，而且能显著促进成肌细胞的分化与排列，促进血管生成，并在4周内实现肌肉功能恢复。
图1. 基于仿生设计的类组织模量多功能人工肌肉开发。
图4. 人工肌肉的致动性能及抗撕裂、抗穿刺性能表征。
图5. 细胞毒性、体外增殖与分化能力及肌力测试评价。
图6. 人工肌肉植入体内4周后血管生成与肌肉修复效果评估。
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https://doi.org/10.1093/nsr/nwae422
