在实验室中创建的独立3D骨骼肌结构

(欧宝娱乐地址Medical Xpress) -工业机器人可以做令人难以置信的事情，但它们的控制系统仍然非常复杂。它们主要依靠反馈控制的旋转电力，通常通过精密的光学编码器。有可能简化机器人设计的人造肌肉技术一直在稳步发展，但进展缓慢。为了构建集成的仿生系统，研究人员一直在尝试构建基于真实神经和肌肉的设备。到目前为止，大多数努力都局限于二维组织培养系统，这种系统依赖于平面基质的粘附来保持其完整性。东京大学的研究人员最近用神经干细胞制造出了独立的、可收缩的肌肉单元，并将其植入骨骼肌上。他们的新论文发表在杂志上生物材料，描述了这些排列的纤维结构如何通过神经元的化学激活来刺激收缩并产生强大的力量——就像真实的东西一样。

生长真实肌肉的一个重要步骤是创建功能性神经肌肉连接(NMJs)。在自然生长的肌肉中，每个运动神经元产生大约2000个这样的特化神经元突触用它的畴来控制纤维的收缩状态。研究人员在他们的结构中发现了这些NMJs，以及肌肉定位的乙酰胆碱受体(ACh)，这是将控制信号转导到肌肉所需要的。当他们用谷氨酸激活神经元时，肌肉以生理性的方式收缩。换句话说，产生的力在整个组织中以单一方向均匀排列，并以同步的方式收缩。

为了制造对齐的纤维束，研究人员首先使用聚合物(PDMS)戳记来创建条纹图案。束的边缘被固定在玻璃上，以保持适当发展所必需的张力。然后加入干细胞“神经球”并分化成成熟的形式，能够将轴突延伸到肌肉中。在肌肉发育过程中，年轻的肌肉细胞融合成长多核纤维被称为肌管。并不是每个细胞都能在这一关键步骤中存活下来，现在已经知道，某些细胞大多数会经历细胞凋亡，或程序性细胞死亡，以使整个组织完成这一壮举。

东京大学的研究人员并不是这一领域的唯一研究人员。一个轻微的专利不同的技术几年前，密歇根大学的研究人员才获得了使用“功能接口”构建结构的权利。这项专利似乎包括一些肌腱附件的供应。作为无血管组织，肌腱是工程基质材料替代的天然焦点。整合自然神经末梢和传递力和伸长的传感器对于建造实际功能设备至关重要。

当我们最近报道在美国，关于使用NMJs的生物究竟是如何构建和优化NMJs的，还有很多未知的地方。神经脉冲中的能量在通过连接处传播并进入肌肉时，是如何被分割成电子和机械成分的，目前仍存在很大争议。神经和肌肉驱动器，正如这里最终设想的那样，可能不像铜和钢那样坚固，但对于重建或增强四肢来说，它们是很好的材料。

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