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本文综述骨骼肌组织工程（SMTE）的进展，涵盖支架设计、细胞来源、外部理化信号及生物反应器技术，探讨其与机器人学的协同，如机器人系统提升生物反应器性能、开发融合工程肌肉的生物混合装置，展现跨学科在修复与创新技术的潜力。
骨骼肌结构与功能
骨骼肌是复杂的 3D 组织，占人体重量 40% 以上，通过肌动蛋白和肌球蛋白丝相互作用产生收缩力。其结构包括肌外膜、肌束膜等，具有高度血管化和神经支配特点。卫星细胞赋予骨骼肌强大再生能力， regeneration 过程分为退化炎症、再生、重塑成熟阶段，但大面积肌肉损失（如体积性肌肉丢失 VML）需干预。
传统骨骼肌组织工程
支架
支架需具备生物相容性、可降解性等特性，材料包括合成聚合物（如 PCL、PLGA、PEGDA）、天然聚合物（如纤维蛋白、胶原蛋白、藻酸盐）及脱细胞细胞外基质（dECM）。制造技术如静电纺丝、3D 生物打印等影响支架结构和性能。
细胞类型
卫星细胞是理想种子细胞，但提取侵入性强。间充质干细胞（MSCs）、胚胎干细胞（ESCs）、诱导多能干细胞（iPSCs）等也被研究，各有优势与挑战，如 iPSCs 存在致瘤性风险。此外，共培养系统（如与巨噬细胞、成纤维细胞、运动神经元）可模拟体内环境。
外部刺激
- 机械刺激：包括底物硬度、拉伸、剪切应力等，影响细胞分化和肌管成熟，如 8-17 kPa 硬度促进肌节排列。
- 电刺激：可增强肌生成和收缩功能，接触式电极存在弊端，非接触式技术逐步发展。
- 生物化学刺激：胰岛素样生长因子 - 1（IGF-1）等生长因子促进细胞增殖和分化。
- 其他刺激：磁刺激可促进肌肉再生和组织工程，联合刺激策略逐渐兴起。
生物反应器系统
生物反应器需提供可控环境，包括静态、动态（搅拌式、旋转壁式、灌注式）及柔性生物反应器。柔性系统可模拟多轴应力，促进组织成熟，但存在泄漏和传感挑战。
传统方法的替代方案
包括无支架（细胞直接注射、细胞片层）、无细胞（原位组织工程）、体内组织工程及类器官与器官芯片（OoCs），后者在药物发现和微机器人领域有应用潜力。
临床转化挑战
血管化、神经支配、免疫排斥是主要障碍，监管和成本问题也亟待解决。
高级机器人与肌肉组织工程
应用于 SMTE 的先进机器人
传统生物反应器机械刺激单一，先进系统如计算机控制生物反应器、气动软体机器人可模拟复杂应力。人形机器人（如 “Eccerobot”“Kenshiro”）作为生物反应器平台，可提供生理相关机械环境，促进组织工程。
SMTE 在机器人学中的应用
- 仿生人工肌肉：模仿骨骼肌结构和功能，如多丝致动器、自生长水凝胶，提升机器人运动能力。
- 生物混合机器人：利用工程肌肉作为执行器，包括 2D 和 3D 系统，可实现抓取、行走、游泳等功能，控制方式包括电、光、磁、化学和神经接口。
局限性与未来展望
血管化和神经支配是 SMTE 和生物机器人共同挑战，细胞来源（如昆虫肌肉细胞）和长期体外培养策略需进一步研究。跨学科合作将推动生物混合机器人和个性化组织移植物等领域发展。
