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骨骼肌疾病的患病率不断上升，强调了对体积性肌肉损失等严重损伤的创新治疗的迫切需要。传统的治疗方法，如自体移植，受限于有限的可用性和目前的支架往往不能满足复杂的临床需要。
2024年11月22日，南京医科大学郑朋飞、南京大学李承辉共同通讯在National Science Review（IF=16.3）在线发表题为“A soft, ultra-tough and multifunctional artificial muscle for volumetric muscle loss treatment”的研究论文。该研究开发了一种柔软、超韧、多功能的人造肌肉，用于治疗体积肌肉损失。该研究介绍了一种基于全氟聚醚和聚己内酯二醇嵌段共聚物的形状记忆聚合物（SMP）处理VML的新方法。该SMP模拟天然肌肉的生物力学特性，具有低弹性模量（2-6 MPa），高拉伸强度（72.67±3.19 MPa），优异的韧性（742.02±23.98 MJ -3）和优异的生物相容性，从而在4周内促进骨骼肌组织的整合和再生。此外，聚合物的形状记忆行为和举起超过其重量5000 倍的能力，在严重肌肉疾病治疗和假肢应用中都显示出巨大的潜力，超越了现有的支架技术。这一进步标志着临床用人造肌肉开发的关键一步。体积性肌肉损失（Volumetric muscle loss， VML）是由于创伤事件、手术消融、先天性缺陷、肿瘤切除或去神经支配而导致的骨骼肌的大量损失。由于肌肉损失的体积超过了骨骼肌的自我再生能力，VML会导致严重的功能障碍或损伤，从而降低患者的生活质量。目前，自体肌肉组织移植是临床治疗VML的金标准。然而，由于供区肌肉体积有限，移植后肌肉再生效率较低，VML肌的功能恢复还远远不能令人满意。组织工程的最新进展使研究人员开发了用于骨骼肌再生的仿生支架或用于截肢者的假肢。其中的关键是对生物组织具有机械适应性的软材料的创新，如生物材料和人造肌肉，它们被设计成具有高生物相容性，强大的机械性能，增强的组织再生能力和模仿肢体运动的能力。到目前为止，已经开发出各种支架材料，包括天然聚合物如胶原蛋白和海藻酸盐，合成聚合物如水凝胶和弹性体。然而，它们大多不能满足复杂的临床对生物活性的需求。此外，它们通常缺乏必要的动态响应能力来模仿天然肌肉的复杂运动和力输出特征，因此限制了它们作为截肢者假肢的应用。用于VML治疗的理想支架材料应具有类似于肌肉组织的机械和生化特性，包括生物相容性、适当的弹性、韧性和机械强度，以支持早期正常肌肉活动（肌肉收缩和力量恢复）。此外，为了实现精确的运动控制和功能恢复，人造肌肉必须最佳地平衡应变、应力、能量密度和机械强度，以模拟复杂的生物运动，并为截肢者提供动力假肢。因此，开发一种既能促进VML骨骼肌再生又能作为假肢驱动器的多功能材料具有重要的临床潜力。多功能人工肌肉（图源自National Science Review ）在这项研究中，研究人员从肌肉的结构和功能中获得灵感，利用全氟聚醚（PFPE-OH）和聚己内酯（PCL）二醇嵌段共聚物制成的形状记忆聚合物（SMP）成功开发了一种多功能人工肌肉。合成聚合物反映了天然肌肉组织，具有低弹性模量（2-6 MPa）、超高拉伸强度（40-70 MPa）、优异的断裂应变（2100 - 2300%）和超高韧性（450-750 MJ - m-3）。此外，最佳弹性体表现出优异的驱动性能和机械训练增强特性，就像天然肌肉一样。由这种SMP制成的驱动器具有超高的能量密度，可以在可逆驱动下举起超过自身重量5000倍的物体。这种新型人工肌肉既可以作为治疗VML疾病的支架材料植入体内，也可以作为驱动义肢的人工肌肉。这种人造肌肉的多功能性和高效率突出了其在再生医学和生物医学材料方面的重要性。
参考消息：
https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwae422/7907268?searchresult=1
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