DOI: 10.1002/adhm.202002228

创伤性肌肉损伤伴有大量肌肉体积损失，这就需要在肌肉内植入合适的支架，才能使其快速、顺利恢复。尽管许多人造支架可有效加速肌管的形成和成熟，但很少有研究深入探索过人造支架对严重肌肉损伤的动物模型的疗效。在这项研究中，逐步拉伸的明胶纳米纤维改善了肌管分化，可促使动物模型受损肌肉的恢复。明胶纳米纤维是由同轴静电纺丝聚（ε-己内酯）和明胶以及随后去除外壳的两步工艺制备而成的。当对明胶纳米纤维上的成肌细胞进行5天的逐步拉伸时，观察到增强的肌管形成和极化伸长。将在柔性细明胶纳米纤维上培养的肌管植入股四头肌（>50％）处存在体积损失的动物模型中。当将肌管和明胶纳米纤维共同植入损伤部位时，经治疗动物的腿部运动功能得到了更有效的恢复。结果表明，机械刺激明胶纳米纤维上的肌管对于体积性肌肉损失的稳健恢复具有治疗层面上的可行性。

图1.使用牺牲层策略制备明胶纳米纤维，以用于肌肉细胞分化的示意图。a）PCL/明胶的同轴静电纺丝，然后将明胶芯与戊二醛进行化学交联。凝胶NF是通过去除同轴纳米纤维的牺牲PCL层获得的。b）用凝胶NF增强肌管的形成和成熟。纳米纤维上的C2C12细胞识别纳米纤维的四个逐步拉伸循环。

图2.不同戊二醛（GA）浓度下明胶纳米纤维的形态和力学性能。a）0.1-5％v/v GA交联凝胶NF的SEM图像。通过ImageJ软件测量每组纳米纤维的平均直径（n=50）。b）不同浓度GA的溶胀率（w/w）（n=5）*表示单向ANOVA的统计学显著性（p<0.05）。c）凝胶NF（％，w/w）保存20天。d）在10mm/min的卷取速度下获得的应力-应变曲线。e）由（d）中的应变-应力曲线与GA浓度计算得出凝胶NF的拉伸性能。拉伸模量是应变-应力曲线的斜率，所指示的极限拉伸强度是拉伸应力突然降低的应变点。

图3.随着逐步拉伸纳米力学性能的变化。a）使用PDMS模具拉伸NF的数码照片。将以2％GA交联的NFs在模具上以恒定速率（四个步骤）逐渐拉伸，直到拉伸长度达到NF初始长度（NF0）的2.5％（NF2.5）和5％（NF5）。b）在PDMS模具上逐步拉伸NF的示意图。c）通过敲击AFM尖端来扫描纳米纤维的表面，并观察LogDMT模量和变形特性。2％GA交联明胶纳米纤维（NF0）以及恒定速率分别为2.5％（NF2.5）和5％（NF5）的拉伸纳米纤维的纳米力学测试，其中每个阶段均包含四个逐步拉伸循环。

图4.不同拉伸刺激条件下，GA2％交联明胶纳米纤维上的肌管形成情况。a）凝胶NF拉伸时肌管形成的示意图。b）C2C12细胞在纳米纤维上培养5天，并通过荧光显色标记核（蓝色），F-肌动蛋白（红色）和MHC（绿色）。c）在箱形图显示的支持信息中，由图S2中的小尺寸CLSM图像测得的肌管拉伸与纳米纤维拉伸轴所成的角度（°）。每组测量超过30个肌管。d）通过实时聚合酶链式反应（PCR）分析细胞在纳米纤维上的基因表达特性。*表示单向方差分析的统计学显著性（p<0.05）。

图5.股四头肌中由NF和C2C12组成的异种移植细胞片。a）手术过程示意图和肌肉功能恢复分析；通过肱二头肌切口制备VML小鼠模型，并植入NF+细胞。植入4周后，通过负重分析评估了再生的骨骼肌。b）术后4周取肌。用H＆E对五个组的纵切片进行染色。c）每个视图中剩余肌肉的比例设置为20％。设置后，测量视图中再生肌肉面积的比率。未治疗组的再生肌肉面积比设为1。数据显示为平均值±SD，*p<0.05。比例尺，200µm。新形成的肌肉为“N”区域，未损伤肌肉为“o”区域。虚线表示两个区域之间的距离。d）五组患肢的重量分布分析。所有肢体负重均通过平衡测痛仪进行测量，每次测量间隔5s，并在手术后2周和4周的时间点（TP）重复八次。患肢负重百分比按[患肢/（双肢）]x100计算。数据显示为平均值±SD。