Sci Rep：直接测量骨骼肌肌管强度的方法

　　

   

   

图:当对硅胶基材施加力时，表面会出现皱纹。这同样适用于肌管表面受到电信号刺激的情况。皱纹的长度可以用来描述肌管收缩的力量。    

图片来源:东京都大学

东京都市大学的研究人员已经开发出一种方法来表征收缩肌管(骨骼肌纤维的前体)所产生的力，结合电刺激和对硅胶衬底上皱纹的分析。现有的方法依赖于肌肉质量或某些蛋白质的表达，两者与肌肉力量的相关性都不强。肌管强度的精确测量为治疗肌肉萎缩提供了更有效的药物靶点筛选。

肌肉萎缩，即肌肉组织的退化，会对生活质量产生毁灭性的影响，已知会影响寿命。这种影响在老龄化人群中表现得尤为明显，因为在这些人群中，医疗干预和日常护理的成本也很高。这使得治疗和预防肌肉萎缩成为社会的关键问题。

但现实是，对肌肉萎缩的治疗仍然非常有限。阻碍研究人员前进的挑战之一是缺乏有效的新药靶点筛选系统，特别是不同化合物如何影响肌肉力量。肌管是一种圆柱形的细胞群，可以形成肌纤维，可以在实验室中分离出来，在不同的生化环境中进行研究，但测量它们收缩的强度仍然很困难。这就是为什么现有的方法着眼于间接测量，如肌肉质量或它们表达的蛋白质，但这些并不总是与它们的拉力强度密切相关。在过去，这甚至导致了一些看似有希望的药物进入临床试验，结果发现它们并不能改善肌肉力量。

现在，东京城市大学副教授真部靖子领导的研究团队提出了一种直接测量肌管强度的简单方法。他们观察了安装在两层弹性硅胶基板上的肌管，在较厚的柔软层上有一层坚硬的表面层。当用电脉冲刺激肌管时，研究小组看到纤维在基底表面收缩和变形，形成了一系列在显微镜下清晰可见的褶皱。通过使用已知刚度的柔性针进行仔细的校准实验，他们能够证明皱纹的总长度与衬底变形力的强度直接相关。以肌管为例，皱纹的长度与它们在受到刺激时收缩的强度相对应。

利用已知的萎缩(较弱)和肥大(较强)肌管，他们发现他们新的“力量指数”对肌肉强度比现有的测量方法更敏感，如肌肉质量和肌球蛋白重链(MHC)蛋白的表达。该方法与标准显微镜和图像分析技术配合使用简单，具有很大的实验室实际应用范围。研究小组认为，这将大大加快对抗肌肉萎缩的药物研发。

这项工作得到了日本科学促进会(JSPS)体育科学领域的KAKENHI科学研究援助基金(B)(拨款号JP 17H02159)、东京医科大学创新研究项目战略研究基金和东京都政府高级研究基金(R2-2)的支持。

文章标题

Establishment of a system evaluating the contractile force of electrically stimulated myotubes from wrinkles formed on elastic substrate