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创伤、感染等致骨骼肌损伤修复困难，现有治疗策略存局限。研究人员制备三明治状纳米纤维支架（PGH），其促进 C2C12 细胞黏附、分化，调节巨噬细胞表型转化，加速骨骼肌再生，为肌肉损伤治疗提供新策略。
在人体的运动系统中，骨骼肌扮演着至关重要的角色。然而，创伤、感染以及肿瘤切除等因素，常常会导致骨骼肌损伤，严重时甚至会造成肢体功能的丧失，极大地影响患者的健康和生活质量。对于轻微的肌肉损伤，身体自身具备一定的修复能力；但当出现体积性肌肉损失（Volumetric Muscle Loss，VML），即肌肉质量损失超过 20% 时，由于快速的纤维化和瘢痕组织形成，肌肉难以自行再生。当前，外科医生常用的治疗手段，如肌肉瓣移植，不仅需要进行二次手术，还受到供体肌肉组织可用性的限制；而手术干预则容易引发瘢痕组织的过度生长。
随着各类疾病和创伤导致的肌肉损伤日益增多，寻找更有效的治疗策略迫在眉睫。在此背景下，四川大学生命科学领域的研究人员展开了一项关于骨骼肌再生的研究，相关成果发表在《Bioactive Materials》杂志上。
为了攻克骨骼肌损伤修复的难题，研究人员提出了一种全新的无细胞、无生长因子的治疗策略。他们巧妙地利用合成和天然聚合物，制备出一种三明治状的三层纤维支架（PGH）。该支架的设计灵感来源于骨骼肌的结构特点，旨在从模拟肌肉异质结构和调节巨噬细胞表型转化两个关键角度，实现骨骼肌的再生。
在研究过程中，研究人员运用了多种先进的技术方法。首先，通过静电纺丝技术（Electrospinning Technology）制备出不同结构和成分的纤维支架，精确控制纤维的排列方式和组成比例。然后，利用扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）、原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM）等多种显微镜技术，对支架的形貌和结构进行详细表征。在细胞和动物实验方面，研究人员使用了多种细胞系，如 C2C12 细胞、NIH3T3 细胞和 RAW264.7 细胞，并构建了小鼠胫骨前肌体积性肌肉损失模型，通过免疫荧光染色、转录组测序（Transcriptome Sequencing）等技术，深入探究支架对细胞行为和组织再生的影响。
研究结果如下：
- 对齐纤维重塑细胞形态并介导肌源性分化：研究发现，高度对齐的静电纺丝 PCL 纤维能够有效诱导成纤维细胞和肌细胞的定向排列。C2C12 细胞在对齐的 PCL 纤维上呈平行排列，细胞骨架分布均匀，细胞核变形明显，且肌球蛋白重链（Myosin Heavy Chain，MHC）表达显著增加，表明对齐纤维可重塑细胞骨架和细胞核，促进肌源性分化。
- 纤维成分的优化：研究人员评估了不同比例明胶添加到 PCL 纤维中的效果。结果显示，明胶的加入影响了纤维的形态、取向、水湿性、机械性能和降解行为。综合考虑各方面因素，最终选择了 P7G3 支架（PCL 与明胶比例为 70:30）用于后续三明治状纤维支架的制备。
- 三明治状纤维支架的形貌和结构：三明治状纤维支架由上下两层对齐纤维和中间一层随机纤维组成。对齐纤维直径为 227±105nm，随机纤维直径为 249±55nm。随机纤维具有同轴核壳结构，壳层为罗丹明标记的 PCL 和明胶，核心层为香豆素 - 6 标记的 PCL 和透明质酸，这种结构有助于防止透明质酸的过早溶解和扩散。
- 三明治状纤维支架的机械性能：机械性能测试表明，三明治状纤维支架结合了对齐纤维的高拉伸强度和随机纤维的良好伸长率及缝合保留强度，其拉伸强度远大于人体肌肉组织，能够满足肌肉植入的强度需求，具有良好的临床操作性。
- C2C12 细胞的黏附和肌源性分化：在 P、PG 和 PGH 支架上培养 C2C12 细胞的实验表明，明胶和透明质酸的引入增强了细胞对纤维支架的黏附，促进了细胞增殖和肌源性分化。PGH 支架上的 C2C12 细胞 MHC 表达最高，核纵横比最大，更有利于肌肉修复。
- 体内外巨噬细胞表型转化的评估：体外实验显示，PGH 纤维支架可促进 RAW264.7 细胞向抗炎性 M2 巨噬细胞极化；体内实验利用 VML 模型证实，PGH 纤维支架能减少炎症反应，逆转巨噬细胞极化，为骨骼肌再生创造有利的免疫微环境。
- 三明治状纤维支架介导的骨骼肌再生：通过小鼠胫骨前肌 VML 模型评估不同纤维支架对肌肉损伤修复的效果。结果显示，PGH 支架能更早启动肌肉修复，促进肌肉纤维的生长、发育和成熟，增加成熟血管密度，激活更多卫星细胞，使损伤肌肉的修复效果更接近正常肌肉。
- 转录组测序分析：转录组测序结果表明，与 PG 支架相比，PGH 支架在免疫反应和骨骼肌再生相关基因的正向调控中发挥更显著的作用，涉及多个信号通路和生物学过程。
- 肌肉功能评估：通过 CatWalk 测试评估小鼠的步态，结果显示，PGH 支架治疗组小鼠的步长显著增加，步态稳定性和协调性明显改善，足迹压力降低，表明 PGH 支架促进了骨骼肌再生和功能恢复。
综上所述，研究人员成功制备了三明治状电纺纤维支架（PGH），并在体内外实验中验证了其促进骨骼肌再生的有效性。该支架通过优化的对齐 PCL / 明胶纤维，促进了细胞黏附、细胞骨架和细胞核重塑以及肌源性分化；同时，三明治结构赋予了支架良好的机械性能。此外，支架中的透明质酸不仅增强了 C2C12 细胞的肌源性分化，还促进了巨噬细胞表型转化，为骨骼肌再生营造了有利的免疫微环境。不过，该支架在体内的长期疗效，如降解行为和潜在慢性炎症反应，以及疲劳抗性等方面，仍需进一步研究。总体而言，这项研究为骨骼肌损伤的治疗提供了一种极具潜力的新策略，有望为临床应用带来新的突破。
