DOI: 10.1002/adhm.202002228
創傷性肌肉損傷伴有大量肌肉體積損失，這就需要在肌肉內植入合適的支架，才能使其快速、順利恢復。盡管許多人造支架可有效加速肌管的形成和成熟，但很少有研究深入探索過人造支架對嚴重肌肉損傷的動物模型的療效。在這項研究中，逐步拉伸的明膠納米纖維改善了肌管分化，可促使動物模型受損肌肉的恢復。明膠納米纖維是由同軸靜電紡絲聚（ε-己內酯）和明膠以及隨后去除外殼的兩步工藝制備而成的。當對明膠納米纖維上的成肌細胞進行5天的逐步拉伸時，觀察到增強的肌管形成和極化伸長。將在柔性細明膠納米纖維上培養的肌管植入股四頭肌（>50％）處存在體積損失的動物模型中。當將肌管和明膠納米纖維共同植入損傷部位時，經治療動物的腿部運動功能得到了更有效的恢復。結果表明，機械刺激明膠納米纖維上的肌管對于體積性肌肉損失的穩健恢復具有治療層面上的可行性。
圖1.使用犧牲層策略制備明膠納米纖維，以用于肌肉細胞分化的示意圖。a）PCL/明膠的同軸靜電紡絲，然后將明膠芯與戊二醛進行化學交聯。凝膠NF是通過去除同軸納米纖維的犧牲PCL層獲得的。b）用凝膠NF增強肌管的形成和成熟。納米纖維上的C2C12細胞識別納米纖維的四個逐步拉伸循環。
圖2.不同戊二醛（GA）濃度下明膠納米纖維的形態和力學性能。a）0.1-5％v/v GA交聯凝膠NF的SEM圖像。通過ImageJ軟件測量每組納米纖維的平均直徑（n=50）。b）不同濃度GA的溶脹率（w/w）（n=5）*表示單向ANOVA的統計學顯著性（p<0.05）。c）凝膠NF（％，w/w）保存20天。d）在10mm/min的卷取速度下獲得的應力-應變曲線。e）由（d）中的應變-應力曲線與GA濃度計算得出凝膠NF的拉伸性能。拉伸模量是應變-應力曲線的斜率，所指示的極限拉伸強度是拉伸應力突然降低的應變點。
圖3.隨著逐步拉伸納米力學性能的變化。a）使用PDMS模具拉伸NF的數碼照片。將以2％GA交聯的NFs在模具上以恒定速率（四個步驟）逐漸拉伸，直到拉伸長度達到NF初始長度（NF0）的2.5％（NF2.5）和5％（NF5）。b）在PDMS模具上逐步拉伸NF的示意圖。c）通過敲擊AFM尖端來掃描納米纖維的表面，并觀察LogDMT模量和變形特性。2％GA交聯明膠納米纖維（NF0）以及恒定速率分別為2.5％（NF2.5）和5％（NF5）的拉伸納米纖維的納米力學測試，其中每個階段均包含四個逐步拉伸循環。
圖4.不同拉伸刺激條件下，GA2％交聯明膠納米纖維上的肌管形成情況。a）凝膠NF拉伸時肌管形成的示意圖。b）C2C12細胞在納米纖維上培養5天，并通過熒光顯色標記核（藍色），F-肌動蛋白（紅色）和MHC（綠色）。c）在箱形圖顯示的支持信息中，由圖S2中的小尺寸CLSM圖像測得的肌管拉伸與納米纖維拉伸軸所成的角度（°）。每組測量超過30個肌管。d）通過實時聚合酶鏈式反應（PCR）分析細胞在納米纖維上的基因表達特性。*表示單向方差分析的統計學顯著性（p<0.05）。
圖5.股四頭肌中由NF和C2C12組成的異種移植細胞片。a）手術過程示意圖和肌肉功能恢復分析；通過肱二頭肌切口制備VML小鼠模型，并植入NF+細胞。植入4周后，通過負重分析評估了再生的骨骼肌。b）術后4周取肌。用H＆E對五個組的縱切片進行染色。c）每個視圖中剩余肌肉的比例設置為20％。設置后，測量視圖中再生肌肉面積的比率。未治療組的再生肌肉面積比設為1。數據顯示為平均值±SD，*p<0.05。比例尺，200μm。新形成的肌肉為“N”區域，未損傷肌肉為“o”區域。虛線表示兩個區域之間的距離。d）五組患肢的重量分布分析。所有肢體負重均通過平衡測痛儀進行測量，每次測量間隔5s，并在手術后2周和4周的時間點（TP）重復八次。患肢負重百分比按[患肢/（雙肢）]x100計算。數據顯示為平均值±SD。
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