麻省理工学院(MIT)工程师们开发出一种复制神经肌肉接头(神经和肌肉之间至关重要的连接)的微流控设备(microfluidic device)。该设备约有25美分硬币大小,包含单个肌条和一小组运动神经元。研究人员能够在逼真(现实)的三维基质中影响和观察两者之间的相互作用。
研究人员对该设备中的神经元进行基因改造,使其对光照做出反应。通过将光照投射到(这些)神经元上,能够精确刺激这些细胞,发送信号激发肌肉纤维。研究人员还测量了设备内肌肉在被激发后抽搐或收缩的力量。
下方的荧光图像显示了运动神经元跨越约1毫米的距离向肌条发出轴突。
研究结果2016年8月3日在线发表于《Science Advances》期刊,可能帮助科学家们理解并识别药物以治疗肌萎缩侧索硬化(ALS,即卢伽雷氏症)和其他神经肌肉相关疾病。
“神经肌肉接头涉及许多失能性疾病,其中有些是残酷而致命的,还有很多尚未被发现”领导该研究的MIT机械工程系研究生SebastienUzel说,“我们希望能够在体外形成神经肌肉接头,从而帮助我们理解某些疾病活动”。Sebastien Uzel现在是哈佛大学Wyss研究所博士后。
自1970年代以来,科学家们已经提出了大量方法在实验室中模拟神经肌肉接头。这些实验大部分涉及在培养皿或小玻璃基板上生长肌肉和神经细胞。但这样的环境与(动物)体内状态相去甚远,在动物体内,肌肉和神经细胞存活于复杂的三维环境中,并且通常距离较远。
“想想长颈鹿”Uzel说,“脊髓神经元所发出的轴突需要跨越非常大的距离才能与腿部肌肉连接。”
为了在体外重建更逼真的神经肌肉接头,Uzel和同事们构造了一种微流控设备,该设备具有两个重要特性:1. 三维环境;2. 隔离肌肉和神经的隔间,从而模拟两者在人体内的自然分离状态。研究人员将肌肉和神经元细胞悬浮于隔间中,然后充满凝胶以模拟三维环境。
为了生长肌肉纤维,研究团队使用了获得自小鼠的肌肉前体细胞,随后将其分化成肌肉细胞。他们将细胞注入微流控隔间,细胞会在隔间内生长并融合形成单个肌条。同样的,他们从干细胞分化出运动神经元,然后将所获得的神经细胞聚合体放置在第二个隔间中。在分化两种细胞之前,研究人员使用光遗传学(optogenetics)技术对神经细胞进行了基因改造。
该研究共同作者、MIT机械和生物工程Ceciland Ida Green特聘教授Roger Kamm说:光“能够让你精确控制你想要激活的细胞”。在这样的狭小空间里,电极无法实现这一点。
最后,研究人员为该设备添加了另一个特性:力传感。为了测量肌肉收缩,他们在肌肉细胞隔间内构造了两个微小的弹性支柱,位于肌肉纤维周围并能够被生长的肌肉纤维所包裹。随着肌肉收缩,支柱会被挤压在一起,形成位移,研究人员能够测量这些位移并转换为机械力。
在测试该设备的实验中,Uzel和同事们首次观察到神经元在三维区域内向肌肉纤维伸展轴突。在观察到轴突建立连接时,他们用微小的蓝光激射刺激神经元,并立即观察到肌肉收缩。
“发射闪光,就能观察到抽搐”Kamm说道。
根据这些实验,Kamm说,这种微流控设备可能作为神经肌病药物测试卓有成效的试验场,甚至可以根据个体患者进行定制。
“你可能从ALS患者获得多能细胞,将它们分化成肌肉和神经细胞,并且为特定患者制造整个系统”Kamm说,“然后你能够根据需要多次复制,同时测试不同的药物或疗法的组合,查看哪种疗法能够最有效地改善神经和肌肉之间的连接。”
另一方面,他说,该设备在“建模操作协议(modeling exercise protocols)”中可能是有用的。例如,通过以不同的频率刺激肌肉纤维,科学家们能够研究重复压力如何影响肌肉的性能。
“现在,随着所有这些新型微流控方法的开发,你能够开始建立神经元和肌肉的更复杂的模型”Kamm说,“神经肌肉接头是另一个现在可以被纳入测试模式的单位”。
原文检索
《Replicating the connection between muscles and nerves》
来源:中国罕见病网
为你推荐
资讯 泽安生物完成3800万美元融资,加速推进“髓系细胞衔接器”免疫治疗管线
本轮融资由高瓴创投(GL Ventures)领投,一家国际主权财富基金大额跟投,博裕创投、五源资本、蓝驰创投等多家现有股东亦追加投资
2026-05-07 11:07
资讯 拜耳asundexian(BAY 2433334片)用于降低缺血性卒中或短暂性脑缺血发作成人患者的卒中(复发)风险的注册申请获国家药品监督管理局药品审评中心受理
用于降低缺血性卒中或短暂性脑缺血发作(TIA)成人患者的 卒中(复发)风险,不包含心源性栓塞性卒中患者”的上市申请已获国家药品监督管理局药品审评中心受理。
2026-05-07 10:48
资讯 全球首个CDK2/4/6抑制剂获批第二个适应症
5月6日,中国生物制药发布公告,下属企业正大天晴自主研发的库莫西利胶囊(商品名:赛坦欣)获得国家药品监督管理局批准,联合氟维司群用于激素受体(HR)阳性、人表皮生长因子...
2026-05-06 18:13
资讯 蚂蚁阿福启动“健康中国体检关怀行动”,为1亿人免费解读体检报告
春季是传统的体检季,可很多人拿到体检报告却犯了难。一项5000名网友参与的调研显示,80%的受访者表示体检报告没有得到详细讲解,也不知道检后该怎么做;75%的受访者没有按体检...
2026-05-06 17:13
资讯 第28个世界哮喘日:儿童哮喘早识别、规范治疗,守护患儿健康呼吸
进入5月,气温波动、花粉增多、呼吸道病毒活跃,哮喘也随之进入急性发作的高峰期。今年5月5日,恰逢第28个“世界哮喘日”——以“确保每位
2026-05-05 20:33
资讯 康方生物授权的Summit美股大跌
2025年4月30日,美股上市公司Summit Therapeutics对外公布截至 2026 年 3 月 31 日第一季度财务业绩及业务进展,其中最受关注的无疑是从康方生物(09926 HK)获得授权的...
2026-05-05 20:02
资讯 对比,生物医学新技术临床转化应用审批工作规范征求意见稿与正式稿有哪些不同?
4月30日,国家卫健委官网正式发布《生物医学新技术临床转化应用审批工作规范(试行)》,与4月19日发布的征求意见稿有哪些变化?
2026-05-05 10:58
资讯 生物医学新技术与药品、医疗器械的界定
4月30日,国家卫健委官网发布《生物医学新技术与药品、医疗器械界定指导原则(暂行)》。对于生物医学新技术与药品、医疗器械的操作边界进行指导。
2026-05-05 10:51
资讯 又一家药企被取消国家药品集采中选资格
4月30日,国家组织药品联合采购办公室发布公告,取消哈尔滨力强药业有限责任公司洛索洛芬钠凝胶贴膏中选资格并将该企业列入违规名单。
2026-04-30 15:19
资讯 国家药监局原副局长陈时飞被判14年
4月29日,上海市第二中级人民法院一审公开宣判国家药品监督管理局原党组成员、副局长陈时飞受贿案,对被告人陈时飞以受贿罪判处有期徒刑14年,并处罚金人民币400万元;扣押在案...
2026-04-30 10:08
资讯 微滔生物完成超 5000 万美元 A 轮、A + 轮融资,专注体内 CAR-T 细胞疗法赛道
本轮融资由正心谷资本与德诚资本分别领投,OrbiMed(奥博资本)、汉康资本、卫材创新风投基金、建发新兴投资等知名机构跟投,老股东启明创投、顺禧资本、杏泽资本持续加码
2026-04-29 13:21
资讯 “A to H 18A第一股”诞生!迈威生物正式登陆香港联交所主板
2026年4月28日,迈威(上海)生物科技股份有限公司(以下简称“迈威生物”,A股代码:688062 SH,港股代码:02493 HK)在香港联合交易所主板正式挂牌上市,成为首家“A to H”的18A上市公司。
2026-04-28 19:22
资讯 全面接轨国际,药物临床试验质量管理规范再升级
根据国家药监局发布的2025年第125号公告,自2026年3月31日后实施的药物临床试验,均适用《E6(R3):药物临床试验质量管理规范技术指导原则》(下称 ICH E6(R3))。
2026-04-28 19:13
资讯 百济神州引入PD-1/CTLA-4/VEGF-A三抗
4月28日,百济神州发布公告称,2026年4 月 24 日,百济神州有限公司的全资子公司广州百济神州生物制药有限公司与华辉安健(北京)生物科技有限公司签订了一份《独家选择权、...
2026-04-28 09:49







