基于胶原水凝胶构建骨骼肌力学微环境及其对肌生成的影响机制

目的骨骼肌的再生和发育需要合适的力学微环境,微环境的改变可能会引发废用性肌萎缩等相关疾病。目前对骨骼肌力学微环境的研究不够深入,主要体现在未考虑在体组织的黏弹性和忽略了有序细胞外基质(ECM)结构对力信号的引导作用。因此,亟需构建与在体相似的骨骼肌力学微环境,并深入探究骨骼肌再生过程中的力生物学机制,为临床上治疗骨骼肌疾病提供新的可能。方法首先测试了在体骨骼肌组织的力学特性,并开发了三维磁驱动胶原水凝胶平台。通过调控胶原的力学和结构特性,构建了模拟在体骨骼肌力学特性的黏弹性微环境和黏弹性协同ECM结构的双因素力学微环境,并探究了其中的力学转导机制。结果骨骼肌具有应变增强应力松弛特性,且骨骼肌有序ECM有利于力信号定向传递。通过构建的平台成功促进了骨骼肌的体外再生,并发现上述力学因素通过细胞骨架的聚合和排列、力敏感蛋白MRTF和YAP的出入核、核力学转导调控骨骼肌再生。结论本研究建立了体外三维力学微环境平台,揭示了黏弹性协同ECM结构促进骨骼肌再生的机制,拓展了骨骼肌组织体外再生的理论基础,为其他软组织提供了通用的结构和力学微环境构建方案,在制备生物医学应用的功能性软组织方面具有巨大潜力。