化工与化学学院韩晓军教授课题组在肌肉组织模拟领域取得重要进展

近日，城市水资源与水环境国家重点实验室成员、我校化工与化学学院韩晓军教授课题组在肌肉组织模拟研究领域取得重要进展。相关成果以研究论文的形式发表在《先进材料》(Advanced Materials)上，论文题目为《肌动蛋白聚合诱导可逆形变人造细胞群及其肌肉组织行为模拟》(Reversible Deformation of Artificial Cell Colonies Triggered by Actin Polymerization for Muscle Behavior Mimicry)。该成果为开发自供能人工肌肉组织提供了新的思路，在组织工程等生物医学领域具有潜在的应用前景。

天然肌肉组织由肌细胞构成，它们有序聚集形成肌束，具有行使收缩和舒张的功能。人造细胞在组织工程领域具有巨大潜力，通过自下而上的方式，以人造细胞为组装基元构建人工组织，可帮助我们了解组织内部的工作机制，具有组织修复等应用前景。以人造细胞为基元的能量自供给人工肌肉组织的制备尚处于初级阶段，且目前构建的肌肉组织很难在结构上实现细胞的同向性及在功能上实现细胞收缩的同步性。

基于上述挑战，韩晓军教授课题组通过封装线粒体、肌动蛋白单体和甲基纤维素，制备了能够可逆形变的自供能人造细胞。通过丙酮酸分子的刺激，人造细胞内的线粒体产生三磷酸腺苷(ATP)能量分子，触发胞内肌动蛋白单体聚合。在体系的拥挤效应作用下，肌动蛋白在膜内表面聚合，诱导人造细胞由球形变成纺锤形形态。随后，使用激光照射人造细胞内的肌动蛋白丝，使其解聚，导致人造细胞由纺锤形恢复为球形，这样便完成了其可逆形变过程。通过声场以及人造细胞间的半融合作用，该课题组构建了以人造细胞为单元的线性细胞群。同样在丙酮酸的刺激下，该细胞群表现出集体收缩和舒张行为。群落中每个人造细胞同步伸缩，且长轴彼此平行，模仿了肌肉组织的伸缩功能。

韩晓军教授是该成果的唯一通讯作者。化工与化学学院博士研究生李超、张祥祥为论文共同第一作者。化工与化学学院穆韡老师、博士后尉枫、博士研究生杨博宇和任永硕参与该研究的部分工作。

韩晓军教授课题组多年从事人造细胞及人工组织等相关领域研究，近年来在《自然-通讯》《美国化学会志》《先进材料》等期刊上发表了系列高水平研究成果。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202204039

线粒体供能诱导人造细胞内肌动蛋白单体聚集成丝

人造细胞群可逆形变模拟肌肉组织

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