研究人員開發出一種新型生物墨水，利用持續釋放的激素促進三維打印肌肉組織的生長和再生。他們的方法為開發新的療法打開了大門，以幫助那些因創傷、疾病或手術而導致肌肉缺失或損傷的人。

生成類似本地的肌肉組織是一項棘手的工作。肌肉組織由多種不同類型的細胞組成，肌肉周圍的環境受複雜的生化和生物力學途徑調節，包括炎性細胞因子和生長因子，它們能維持內部穩定並支持組織修復。

目前，修復因創傷、疾病或手術而受傷或喪失的肌肉需要將健康的肌肉轉移到受影響的部位，這種技術稱為自體轉移。這種方法並不理想，因為它會對取自健康組織的部位產生負面影響，而且神經支配不良等並發症也會阻礙肌肉功能的恢復。

現在，洛杉磯寺崎生物醫學創新研究所（TIBI）的研究人員發明了一種新型改良生物墨水，用於增強3D打印骨骼肌結構，克服自體轉移的局限性。

正常骨骼肌的發育是一個漸進的過程，它依賴於肌母細胞（肌肉細胞前體）融合在一起形成肌管，最終成為肌肉纖維。這一過程被稱為肌生成。因此，在肌肉工程中，確保成熟的肌肉細胞在結構上排列整齊並提高其存活率，從而保持其功能至關重要。

為了模擬肌肉生成，研究人員利用了他們專門配製的生物墨水中的一種關鍵成分：胰島素樣生長因子-1（IGF-1），這是一種分子結構類似於胰島素的激素，與生長激素一起對骨骼和組織的正常生長發育至關重要。

這種生物墨水由一種名為明膠甲基丙烯酰（GeIMA）的生物相容性明膠基水凝膠、成肌細胞和塗有IGF-1 的聚乳酸丙烯酸酯（PLGA）微粒組成，目的是在微粒降解時緩慢釋放激素。聚乳酸-聚乙二醇酸（PLGA）具有持續釋放特性、低毒性和生物相容性，是最有效的可生物降解聚合物納米顆粒之一。生物墨水的對照版本不含IGF-1。

研究人員發現，生物打印肌肉構建體三天后，肌母細胞仍然存活，證實打印過程沒有損傷細胞。他們觀察到肌母細胞排列增強，肌母細胞融合形成肌管，在含有IGF-1的構建體中，肌管明顯更長更寬。在PLGA/IGF-1條件下，肌管覆蓋了25%的面積，而在對照條件下，這一比例不到16%。

如下視頻所示，在生物打印後10 天左右，成型組織開始自發收縮，收縮力足以撼動水凝膠基底。在含有持續釋放的IGF-1 的區域，收縮的幅度明顯更大。

研究人員隨後將三維打印的肌肉結構植入小鼠體內。六週後，接受了IGF-1持續釋放構建體的小鼠顯示出最多的肌肉組織再生。他們總結說，這項研究的結果有力地表明，他們的新型生物墨水可以形成一種與原生肌肉組織非常相似的收縮三維結構。

“IGF-1的持續釋放促進了肌肉細胞的成熟和排列，這是肌肉組織修復和再生的關鍵一步，”該研究的通訊作者Ali Khademhosseini說。”利用這種策略治療性地創建功能性收縮肌肉組織具有巨大潛力。”

該研究發表在《大分子生物科學》（Macromolecular Bioscience）雜誌上。