研究人員設計了一種細胞鍛鍊墊，它能幫助科學家在微觀層面上了解運動的機械效應研究人員創造了一種含磁鐵的凝膠墊，可以模擬運動時肌肉細胞所受到的機械力。這種新穎的”鍛煉墊”可能有助於測試肌肉損傷和神經肌肉疾病患者的治療方法，或用於培育軟機器人使用的人造肌肉。

研究人員設計了一種細胞鍛鍊墊，它能幫助科學家在微觀層面上了解運動的機械效應Ella Marushchenko/麻省理工學院

在人體內，細胞透過化學、電和機械訊號的組合進行交流，尤其是在運動時。對於實驗室製造的細胞來說，製造栩栩如生的機械細胞-細胞接觸可能很困難，因為這往往會對細胞造成損害。

麻省理工學院的研究人員創造了一種無損傷的方法來模擬骨骼肌細胞在運動過程中受到的機械影響，您可以將它想像成細胞的健身墊。

這項研究的通訊作者瑞圖-拉曼（Ritu Raman）說：「在這裡，我們想把運動的兩個主要因素–化學和機械–分離開來，看看肌肉是如何純粹對運動的機械力做出反應的。”

研究人員將磁鐵作為一種能讓肌肉細胞定期、重複承受機械力而不會造成損傷的方法。研究人員將市售的磁性奈米粒子與橡膠矽溶液混合，然後將混合物固化成板狀，再切成非常薄的條狀。我們製作了一個原型墊，由四根磁棒組成，間距稍大，夾在兩層水凝膠之間。

將肌肉細胞放在墊子表面，圓形細胞逐漸伸長並與鄰近細胞融合形成纖維。在凝膠墊的下面，研究人員在軌道上放置了一塊外部磁鐵，並對其進行編程，使其來回移動。嵌入凝膠的磁鐵隨之移動，使凝膠發生擺動，並產生與細胞在實際運動中類似的作用力。他們對細胞進行了為期10天、每天30分鐘的”運動”。一組未經鍛鍊的肌肉細胞作為對照。

拉曼說：”然後，我們放大並拍攝了凝膠的照片，發現這些受到機械刺激的細胞看起來與對照細胞截然不同。”

他們發現受運動的細胞長得更長，並長成了朝同一方向排列的纖維。相較之下，對照細胞往往保持圓形，排列雜亂無章。在正常情況下，肌肉細胞會隨著神經的電脈衝而收縮，但在實驗室條件下，這可能會傷害細胞。因此，研究人員對細胞進行了基因工程改造，使其在藍光照射下收縮。

拉曼說：”當我們用燈光照射肌肉時，你可以看到控制細胞在跳動，但有些纖維是這樣跳動，有些是那樣跳動，總體上產生了非常不同步的抽搐。而排列整齊的纖維，它們會同時向同一方向拉動和跳動。”

研究人員說，這種新型”鍛煉凝膠”可以作為一種快速、非侵入性的方法來塑造肌肉纖維，並研究它們對運動的反應，這可能會找出幫助人們從肌肉損傷和神經肌肉疾病中恢復的療法。他們還計劃在凝膠上培養其他類型的細胞，研究它們對’運動’的反應。

拉曼說：”生物學證據表明，許多類型的細胞對機械刺激都有反應。這是研究相互作用的新工具。”

這項研究發表在《設備》雜誌。