在培养皿中培养的骨骼肌提供了对神经肌肉疾病的深入了解

在与肌萎缩侧索硬化症等疾病的斗争中，南加州大学维特比分校生物医学工程研究人员创建了一个强大的实验室模型，以更好地观察我们的肌肉和神经元如何连接。

神经肌肉疾病使人衰弱，而且大多无法治愈，全世界每10万人中就有160人受到影响。ALS和多发性硬化症等疾病影响肌肉功能，导致肌肉损耗和运动功能丧失。与这些疾病作斗争的一个主要障碍是，众所周知，在一个展示肌肉和控制肌肉的神经元之间联系的实验室中培养组织非常困难。直到现在。

生物医学工程博士。南加州大学维特比工程学院（USC Viterbi School of Engineering）的学生们已经创建了一个经过极大改进的新的实验室生长组织模型，该模型提供了神经肌肉连接的更稳定的视图。神经肌肉连接是我们系统的一个重要部分，它将我们脊柱中神经元产生的电脉冲转化为我们肌肉纤维中的电活动和运动。

这项研究发表在APL生物工程杂志上，由杰弗里·桑托索博士领导。生活系统工程实验室的学生，由副教授梅根·麦凯恩领导，梅根·麦凯恩是乔内特职业生涯早期的主席。

桑托索说，神经肌肉接头是一种高度结构化的连接，有椒盐卷饼状的褶皱，可以增加神经元和肌肉之间的通讯面积。

桑托索说：“神经肌肉接头是神经元释放信号分子（称为神经递质）的空间，这些信号分子随后将与位于肌肉纤维表面的受体结合。”。“当这些分子附着在这些受体上时，会导致肌肉细胞去极化，从而产生电压变化，这就是导致肌肉收缩的原因。”

在神经肌肉疾病以及自然衰老过程中，神经肌肉接头内经常存在压力或连接中断。拥有精确的实验室培养的组织模型对于理解与年龄相关的退行性变或神经肌肉疾病的进展以及最有效的治疗至关重要。然而，当研究人员试图将肌肉纤维和神经元一起生长时，他们一直在努力在实验室模型中复制这种复杂的连接或神经支配点。

桑托索说：“传统上，当肌肉和神经元在一个培养皿中一起生长时，神经支配点上的预期结构是不存在的，这导致了一个功能不健全的组织，不能代表正常的生理学，这使得很难得出关于疾病和潜在药物的结论。”

因此，以前的组织模型往往在两周后死亡。为了创建一个更有用的实验室模型，Santoso和他的合作者设计了一个基于明胶的凝胶平台，该平台允许骨骼肌在实验室中以正确的排列结构生长，保持其结构至少一个月，并产生类似于天然人体组织强度的收缩。

桑托索说：“当你试图在实验室中培养组织时，通常需要在一层中培养肌肉细胞，然后将神经元细胞放在上面。”。“形成的接合处不会形成这些椒盐卷饼状褶皱的结构，因此这会引起各种问题，因为它可能不会像你预期的那样对某些药物产生反应。”

当Santoso和他的团队在他们的明胶平台上将实验室培养的骨骼肌与干细胞衍生的运动神经元结合在一起时，他们发现肌肉成功地形成了更结构化的神经肌肉连接。

桑托索说，以前的组织模型通常使用硬塑料或玻璃器皿，这些器皿不能为组织提供合适的蛋白质环境，并且常常导致肌肉细胞在收缩时脱落，导致细胞死亡。

Santoso说：“我们使用的明胶水凝胶作为一种天然生物材料，天然地粘附在骨骼肌细胞上，这也是我们能够看到我们的组织模型比以前的许多模型成熟得多的原因之一。”。“骨骼肌可以在表面上存活更长的时间，而培养时间的延长意味着当我们将运动神经元引入培养物时，它可以完全整合，形成神经肌肉连接。”

桑托索说，研究神经肌肉疾病尤其具有挑战性，因为人类的神经肌肉系统非常复杂。运动神经元存在于我们的脊髓中，必须通过一条复杂的连接路径才能到达我们身体的所有肌肉。

桑托索说：“在这条道路上，有很多地方可能会出问题。”。“正因为如此，你需要实验室模型在功能和结构上与你在生物身上看到的非常接近。”

该研究团队目前正在寻求扩大他们的研究合作伙伴，以便他们能够将其组织模型平台应用于人类患者来源的细胞。

桑托索说：“目前，神经肌肉疾病只有姑息性治疗，它们只能延缓某些症状的严重程度。没有真正的好方法来逆转或预防这种损害。”。“制作这类模型并试图解析出疾病的机制，可能会让我们更好地了解如何开发治疗方法来更好地缓解症状，或者理想情况下消除症状。”