《科学》：“万能”肌肉修补薄膜

通过新的装配工艺，来自美国的研究人员成功使用大鼠心肌细胞在塑料聚合物衬底上制造出了多种肌肉修补薄膜。这种薄膜具有广泛的马达功能。这项研究的论文发表在9月7日的《科学》杂志上。这项研究成果有望为心脏和其他肌肉组织损伤的患者带来福音。

到目前为止，虽然研究人员已经在机体组织替代材料研究领域获得不少突破性进展，一些公司甚至已经开始大规模生产替代皮肤和软骨，但是设计肌肉的替代和修补材料要困难得多。其中一个原因就是研究人员必须使纳米尺度上的细胞马达蛋白，以及厘米尺度上的肌纤维很好地结合起来。

在这项新的研究中，哈佛大学生物物理学家Kevin Parker领导的研究小组采用了一种更为万能的化学成型方法——微接触印刷术（microcontact printing，简称µCP）。十年前，哈佛大学的化学家George Whitesides发明了µCP技术，就好比利用微缩印章在需要的表面位置放下特定的化学结构。

研究人员首先在载玻片上设置一薄层热敏聚合物材料，然后在其上添加一层具有很强活性的高乙烯基含量硅橡胶（PDMS）。利用µCP工艺，研究人员在这两层衬底上“印”下了已成型的纤粘蛋白（fibronectin）层，最后让小鼠的心肌细胞紧密附在该蛋白薄层之上。培育数日之后，这些心肌细胞会生长、扩散并产生新的连接，研究人员这时降低温度，热敏聚合物及其上面的部分就会从载玻片上脱离下来。通过控制纤粘蛋白层的结构以及整个装配过程，研究人员已经能够制造出广泛多样的薄膜材料，它们能够实现卷、跳、抓甚至游等多种功能。

在2007年的第一期《Cell  Metabolism》杂志上，一篇文章报道说发现了一种新型肌肉纤维。在这篇文章中，研究者们发现一个重要的分子开关，它可以促使肌体合成一种新型的肌肉。另外，他们还发现这种“IIX型纤维”武装的动物将会跑得更为持久，载荷能力也越强。研究人员认为，这项发现可能会被应用到新药开发，进而改变肌肉的组成。这种治疗将给患有肌肉萎缩症的病人带来新的福音，帮助增强他们肌肉的物理强度和持续性。

来自哈佛大学医学院的Bruce  Spiegelman发现，在增强PGC-1&acirc基因活性后，小鼠的骨骼肌会填满IIX型肌肉纤维，而这种类型的肌肉纤维在普通小鼠中所占的比例是相当少的。为了适合不同的运动，肌肉的组成也会有所不同：为了适应慢而持久的运动，I型、IIA型肌肉纤维是比较适合的；为了适应快速而富有爆发性的运动，IIB型肌肉纤维显得更为适合，相应肌肉也有学者形象地称为慢肌（slow  twitch  muscle）和快肌（fast  twitch  muscle）。这种不同类型的肌肉纤维主要是依据肌球蛋白重链(Myosin  Heavy  Chain，MHC)以及代谢能力进行划分的；代谢能力主要是由细胞中含有的产能线粒体数量来决定。肌球蛋白是马达蛋白家族中同时具有“重”和“轻”氨基酸链的一类。

哺乳动物中绝大多数肌肉是由快肌纤维（fast-twitch  fiber）和慢肌纤维（slow-twitch  fiber）共同组成的，一些肌肉组织可能富含某一种类型的肌肉纤维。事实上，除此之外，成体骨骼肌中还有一种富含第四型MHC的IIX型肌肉纤维，但对于这种类型的肌肉纤维科学家们鲜有报道。IIX型纤维似乎兼有快肌纤维和慢肌纤维两种秉性：在氧化代谢方面与慢肌纤维相似，在生物物理特性方面与快肌纤维相似。而且它的氧化代谢(oxidative  Metabolism)方式是至今为止最为有效的。