弹性与微沟槽协同调控形成慢肌特征性排列肌管的研究

本研究针对骨骼肌纤维类型转换机制不明的问题，通过开发可调控弹性模量（10-230 kPa）和微沟槽结构（3-50 μm）的γ射线交联明胶凝胶，首次证实10 kPa软凝胶通过上调PGC-1α诱导肌管向氧化代谢型I/IIa纤维（MYH7/MYH2高表达）转化，而3-10 μm微沟槽可增强肌管排列但不影响纤维类型特征。该成果为构建定向排列的慢肌模型提供了新策略，发表于《Scientific Reports》。

　　

骨骼肌作为人体最大的代谢器官，其纤维类型组成直接影响运动能力和代谢健康。慢肌纤维（I/IIa型）具有高氧化代谢特性，而快肌纤维（IIx/IIb型）则以糖酵解为主。尽管已知运动训练可诱导纤维类型转换，但机械刺激如何直接调控这一过程的机制尚不明确。传统体外培养的肌管无法重现体内纤维类型的特征，且电刺激等方法存在细胞损伤风险。

日本量子科学技术研究开发机构（QST）Takasaki研究所的研究人员创新性地利用γ射线辐射交联技术，制备了弹性模量可调（10-230 kPa）且表面具有微沟槽结构（3-50 μm）的明胶凝胶。通过培养C2C12小鼠成肌细胞，系统分析了机械刺激对肌管纤维类型特征的影响。研究发现：

关键技术包括：（1）γ射线诱导明胶分子交联形成三维网络结构；（2）聚二甲基硅氧烷（PDMS）模具压印法构建表面微沟槽；（3）流变仪测定凝胶压缩弹性模量；（4）qRT-PCR定量纤维类型标志基因（MYH7/MYH2/MYH1/MYH4）及代谢相关基因（GLUT4/肌红蛋白/PGC-1α）表达。

弹性模量对肌管分化的影响

10-100 kPa凝胶支持肌管形成，而≥160 kPa凝胶导致细胞脱落。10 kPa软凝胶显著上调I型纤维标志物MYH7（增加2.1倍）和氧化代谢基因GLUT4/肌红蛋白，同时激活调控因子PGC-1α（增加1.8倍），模拟慢肌特征。

微沟槽的调控作用

3-10 μm沟槽使肌管排列度提升3倍，MYH阳性细胞比例增加15%，但未改变纤维类型特征。50 μm沟槽反而降低PGC-1α表达，提示窄沟槽更利于肌管形态构建。

协同效应分析

弹性与微沟槽的调控相互独立：10 kPa软凝胶诱导的慢肌特征不受微沟槽干扰，而3 μm沟槽可同步增强肌管排列与MYH7表达，为构建功能化肌肉模型提供双重调控手段。

该研究首次阐明基底弹性通过PGC-1α通路特异性诱导氧化代谢型肌管形成，突破了传统培养体系的局限性。所开发的辐射交联明胶凝胶兼具生物相容性与可降解性，为肌肉再生医学提供了新型移植材料。未来可通过该平台研究肌少症等疾病中慢肌选择性萎缩的机制，并为代谢性疾病药物筛选建立标准化模型。