用磁铁移动肌肉纤维，“编程”它们在组织中的排列方式

麻省理工学院(MIT)和波士顿大学的研究人员10月20日在《Device》杂志上报告说，用磁铁刺激肌肉纤维会使它们向同一方向生长，使组织内的肌肉细胞排列一致。这一发现为医学研究人员提供了一种更简单、更省时的方法来编程肌肉细胞排列，这与健康的肌肉功能密切相关。

“在实验室环境中制造整齐肌肉的能力意味着我们可以开发模型组织，以了解健康和患病状态的肌肉，并开发和测试对抗肌肉损伤或疾病的新疗法，”麻省理工学院工程师、资深作者Ritu Raman说。她补充说，更好地理解控制肌肉生长的规则也可以应用于机器人技术。

在之前的一项调查中，Raman和他的同事发现，在10天的时间里，每天30分钟的电刺激会使肌肉纤维收缩，从而“锻炼”肌肉纤维，使其更强壮。这一次，研究人员想要探索在相同的时间范围内机械刺激肌肉纤维(而不是让它们自己做出反应)是否会产生相同的结果。为了进行调查，他们开发了一种不同于典型实验室技术的机械刺激肌肉组织的方法。

Raman说:“一般来说，当人们想在实验室环境中机械刺激组织时，他们会抓住组织的两端，来回移动，拉伸和压缩整个组织。但这并不能真正模仿我们体内细胞之间的交流方式。我们希望在空间上控制组织内细胞之间的力，以匹配本地系统。”

为了以更逼真的方式刺激肌肉细胞，Raman和她的团队在含有磁性颗粒的软凝胶的培养皿中培养细胞。当他们在凝胶下来回移动磁铁时，颗粒也会来回移动，从而使细胞“弯曲”。

通过改变磁铁的强度和方向，研究人员可以精确地控制凝胶的移动方式，进而控制细胞所受到的力的大小和方向。为了测量组织内肌肉纤维的排列以及它们是否同步收缩，该团队在波士顿大学的合作者开发了一种定制软件，可以自动跟踪肌肉的视频并生成肌肉运动的图表。

“我们对研究结果感到非常惊讶，”Raman说。虽然在10天的时间里机械刺激肌肉纤维似乎并没有使它们变得更强壮，但它确实使它们朝着同一个方向生长。

Raman说:“此外，我们兴奋地发现，当我们触发肌肉收缩时，整齐的肌肉同步跳动，而非整齐的肌肉没有节奏地跳动。这证实了我们的理解，即肌肉的形状和功能是内在联系的，控制形状可以帮助我们控制功能。”

Raman和他的同事计划进一步研究不同的机械刺激方案是如何影响健康和患病的肌纤维的。此外，他们计划研究机械刺激如何影响其他类型的细胞。