微孔退火颗粒水凝胶支架：治疗体积性肌肉损失（VML）的新希望

研究人员为解决 VML 治疗难题，研究 MAP 水凝胶支架，发现其可促进肌肉再生，意义重大。

　　# 微孔退火颗粒水凝胶支架：治疗体积性肌肉损失的新曙光
在运动损伤、严重创伤等情况下，有一种肌肉损伤问题困扰着医学界，那就是体积性肌肉损失（Volumetric muscle loss，VML）。VML 可不是普通的肌肉拉伤，它意味着肌肉组织和功能出现了不可逆的丧失。一旦发生 VML，肌肉的收缩功能大打折扣，患者往往面临着长期、渐进性的残疾。

目前，临床上针对 VML 的治疗手段十分有限。像自体组织移植，不仅手术过程创伤大，会给患者带来额外痛苦，还可能引发供体部位的并发症，甚至出现移植组织坏死、感染等严重问题，而且并非适用于所有患者。物理治疗虽然相对温和，但单独使用时，对肌肉功能的改善效果微乎其微。这就如同在黑暗中摸索，一直没有找到那束能照亮 VML 治疗道路的光。

为了打破这一困境，来自美国弗吉尼亚大学（University of Virginia）的研究人员 Areli Rodriguez Ayala、George Christ 和 Donald Griffin 等开展了一项极具意义的研究。他们将目光聚焦于微孔退火颗粒（Microporous Annealed Particle，MAP）水凝胶支架，试图探索其在 VML 治疗中的潜力。这项研究成果发表在《npj Regenerative Medicine》杂志上，为 VML 的治疗带来了新的希望。

研究人员在此次研究中主要运用了以下几种关键技术方法：首先，通过微流控装置的分步乳化法制备 MAP 微凝胶，并精确控制其大小和单分散性；其次，建立了大鼠胫骨前肌 VML 模型，将实验动物分为 MAP 水凝胶组、纳米多孔水凝胶组和未治疗的阴性对照组，在不同时间点进行观察；再者，运用磁共振成像（MRI）技术定量分析植入物在体内的降解情况；此外，利用组织学染色和免疫荧光染色等方法，对肌肉再生、炎症反应、血管生成、神经肌肉接头形成等多个指标进行检测和分析。

研究结果

1. 微孔结构延缓植入物降解：研究人员利用 MRI 对植入物的降解情况进行监测。结果显示，纳米多孔植入物的降解速度明显快于 MAP 植入物。这一现象十分有趣，因为从结构上看，MAP 支架由于微孔结构，其可降解的材料占比相对较少，且暴露于蛋白酶的表面积更大，本应降解更快，但实际却恰恰相反。这表明微孔结构可能通过影响局部免疫细胞的活性，改变了植入物的降解速率。这一发现对未来 VML 生物材料疗法的设计具有重要意义，添加微孔结构或许能够延长植入物中生物活性成分的治疗窗口，甚至降低治疗成本123。
2. 微孔改变局部炎症反应：通过皮罗宁红染色（Picrosirius red staining）和免疫荧光染色等方法，研究人员发现纳米多孔植入物周围在 4 周和 12 周时均形成了纤维化包膜，而 MAP 植入物则没有。并且，MAP 支架内的 M2 样巨噬细胞（CD68⁺/CD163⁺）表型更为普遍，这意味着 MAP 支架能够减轻异物反应（Foreign body reaction，FBR），促进组织修复。这一结果表明，MAP 支架的微孔结构能够调节局部免疫反应，为肌肉再生创造有利环境456。
3. MAP 植入物促进血管生成和肌生成：研究人员使用 CD31 标记血管内皮细胞，观察到 MAP 支架内有适度的血管生成，血管直径与周围组织的毛细血管相似；而纳米多孔植入物内血管生成较少，且多在周边形成。同时，通过 MF20 抗体标记肌球蛋白重链，发现 MAP 植入物在 4 周时就有肌纤维形成，而纳米多孔植入物内则很少有可区分的肌纤维。这说明 MAP 植入物能够支持血管生成和肌生成，为肌肉功能的恢复奠定了基础789。
4. MAP 植入物促进神经和神经肌肉接头形成：通过对神经丝蛋白重链（NF200）和烟碱型乙酰胆碱受体的染色，研究人员发现 MAP 支架内的神经肌肉接头（Neuromuscular junctions，NMJs）密度明显高于纳米多孔支架。这表明 MAP 植入物能够促进神经和 NMJs 的形成，有助于改善肌肉的神经支配，对肌肉功能的恢复至关重要1011。
5. 功能恢复与纤维排列问题：尽管 MAP 支架促进了支持结构的形成和肌肉纤维的发育，但实验中大鼠胫骨前肌的功能并未恢复到受伤前的水平。这是因为新形成的肌肉纤维排列紊乱，而肌肉的紧密排列和各向异性微结构对力量产生至关重要。这一结果提示，在肌肉再生过程中，不仅要促进肌肉纤维的形成，还需要关注纤维的排列，使其更接近天然组织的结构1213。

研究结论与意义

综上所述，这项研究首次将 MAP 水凝胶支架应用于骨骼肌再生领域。研究结果表明，MAP 支架能够显著调节局部免疫反应，减轻 FBR，促进血管生成、肌生成和神经肌肉接头的形成。虽然目前尚未实现肌肉功能的完全恢复，但为 VML 的治疗提供了新的思路和方向。MAP 水凝胶在未退火前具有流动性和可注射性，适合治疗不规则形状和大小的损伤，是一种极具潜力的生物材料平台。未来，研究人员计划进一步优化 MAP 支架的性能，并结合物理康复治疗，有望实现 VML 损伤更好的再生和功能恢复，为广大 VML 患者带来新的希望。