RMIT生物医学工程师成功制造了一种模仿自然并将细胞转化为肌肉的3D材料。

研究人员首次将胚胎发育的自然过程融入其中，构建出一种可以更自然地与干细胞交流的材料，用于有效的组织修复。

这一突破为受伤的人提供了希望，因为他们的肌肉因创伤或疾病而无法自我修复，人口正在迅速老龄化。在RMIT大学理查德威廉斯博士的领导下，研究人员将实验室制造的肽与天然蛋白质和聚合物结合起来，创建了一种3D“水凝胶支架”。

支架使用自然机制来组合在自然发育环境中发现的信号，以支持和工程化干细胞成为肌肉纤维。

“我们的干细胞在发育过程中处于最佳状态，支架驱动它们产生我们所有的组织和器官；然而，随着人们的成长和衰老，他们失去了这种能力，并积累了不良结构，”威廉姆斯说。

“因此，当身体部位磨损或损坏时，特别是当我们的人口寿命延长时，确实需要修复和替换身体部位的方法。”基本上，我们制作一个支架，向细胞发送健康的信号，重组自己，并开始生长组成健康肌肉的小纤维。“这就像我们在组织发展和恢复方面的潜力处于最佳状态一样。”

威廉姆斯表示，这是一个可以提供复杂结构的“简单过程”，其灵感来自于自然界发展过程中的结构组合，仅从两个细胞开始。

他说：“我们开发了一个简单、廉价但功能强大的工具包，以鼓励不同的环境允许不同的组织成长。”“肌肉等自然组织的材料属性非常复杂，极难模仿。”研究人员多年来一直在制造“组织”信号，以了解细胞如何工作，但只是在平坦或2D环境中。

“我们已经找到了一种方法，可以利用3D支架中胚胎发育期间存在的蛋白质，并利用这种额外的维度来潜在地生长肌肉。

“我们的研究表明，将水凝胶与这些小蛋白质结合起来既简单又有效。事实上，细胞接种到组织后仅24至72小时，单细胞就显著重组为多细胞结构，继续构成功能性肌肉。”

RMIT的研究人员正在探索如何生物打印嵌有干细胞的肌肉，以将神经、血管和肌肉结合成实验室生长的“备件”。

3D支架如何工作在胚胎发育期间，干细胞存在于特定和独特的支架中，这使它们能够组织成复杂的结构，如组织。随着年龄的增长，支架发生变化，这些信号的作用就更差了，组织修复就可以被阻止。

研究人员已经能够通过生成3D材料来复制这一发展过程，这些材料可以向干细胞发送正确的信号，以帮助取代肌肉纤维和修复损伤。

研究人员的方法基于水凝胶支架——一种由水和蛋白质组成的精致网络。该支架由蛋白质装饰，并提供细胞生长肌肉所需的结构和信号。