大邱庆北科学技术院、浦项工科大学利用人体细胞开发3D肌肉微组织
比较17岁与68岁捐赠者细胞……有望用于肌少症治疗药物研究
研究人员开发出一种可在实验室重现人体肌肉随年龄增长而变细、力量减弱过程的技术。他们利用真实的人体肌细胞制成三维（3D）组织，不仅确认了衰老引起的细胞变化，还观察到肌肉收缩力下降。该技术有望用于不依赖动物实验的人体肌肉衰老研究，或评估肌少症治疗候选物质。
大邱庆北科学技术院（DGIST）5日表示，该校新生物学系教授Kim Minseok研究团队与浦项工科大学（POSTECH）机械工程系教授Jo Dongwoo研究团队合作，开发出能够重现人体肌肉衰老现象的“3D仿生骨骼肌微组织模型”。
将17岁和68岁捐赠者的肌细胞与猪骨骼肌来源的生物材料结合，制备三维肌肉微组织。比较肌肉结构、线粒体功能、钙反应及收缩力后发现，老年捐赠者来源的组织出现肌纤维变细、收缩力下降等衰老相关变化。研究团队供图
View original image骨骼肌附着于骨骼，负责身体运动，也在能量代谢中发挥重要作用。随着年龄增长，肌肉量和肌力下降的肌少症会限制老年人的身体活动，并增加跌倒风险，是其主要原因之一。然而，传统动物实验存在人与动物之间的生物学差异；在平面培养皿中培养肌细胞，则难以充分模拟真实肌肉的立体结构和收缩功能。
研究团队使用了从17岁和68岁的男性捐赠者体内获取的肌细胞。他们将肌细胞与支撑肌肉组织的生物材料——脱细胞细胞外基质混合，再置于通过3D打印制成的微型模具中培养。由此构建出肌细胞像真实肌肉一样沿特定方向排列的三维微组织。
比较由两位捐赠者的细胞制成的组织后发现，与17岁捐赠者的组织相比，由68岁捐赠者肌细胞制成的组织中，肌纤维更细，细胞间的融合程度更低。炎症相关指标较高，负责产生细胞能量的线粒体功能也有所下降。
尤其是参与肌肉收缩的钙反应变慢，接受电刺激后产生的收缩力也有所下降。研究团队借助同一实验平台，观察到衰老引起的肌肉结构和分子变化与实际功能下降之间的关联。
可替代动物实验的肌肉衰老研究平台
这项研究的特点在于，不仅能评估肌细胞的形态或基因变化，还能同时检测其实际收缩功能。与传统平面细胞培养方式相比，该技术能够以立体形式模拟人体肌肉的结构和功能，为其应用于衰老研究奠定了基础。
研究团队合影：DGIST教授Kim Minseok、硕博连读生Yang Sohye、POSTECH教授Cho Dongwoo及Gong Jungsik博士。DGIST供图。
View original image近期，美国食品药品监督管理局正在完善相关制度，以便在新药研发中采用动物实验以外的测试方法。研究团队表示，顺应这一趋势，该技术有望发展成为能够反映人体生理特征的非临床试验平台。
Kim教授表示：“这项研究的重要意义在于，我们利用人体来源的细胞重现了衰老相关变化，并为同时评估细胞层面的变化和实际收缩功能奠定了基础。今后，我们将把这一技术发展成有助于揭示肌肉衰老原因、验证治疗候选物质疗效的研究工具。”
DGIST新生物学系硕博连读生Yang Sohye和浦项工科大学机械工程系博士Gong Jeongsik共同担任该研究的第一作者。研究成果被国际学术期刊《Small Science》选为封面论文。
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