研究人员揭示了MXene纳米颗粒对肌肉再生影响的分子机制

　　组织工程，包括使用移植物或支架来帮助细胞再生，正在成为治疗体积性肌肉损失(VML)的关键医学实践，这是一种大量肌肉组织损失超出人体自然再生能力的情况。为了改善手术效果，传统的肌肉移植正在让位于人工支架材料，MXene纳米颗粒(NPs)是一个很有前途的选择。

　　MXene NPs是一种主要由过渡金属碳化物和氮化物组成的二维材料。它们具有高导电性，可以容纳广泛的官能团，并且具有促进细胞相互作用和肌肉生长的堆叠结构。虽然在实验室中已经有实际的演示，展示了它们促进骨骼肌重建的能力，但它们这样做的具体机制尚不清楚。

　　为了解决这一差距，釜山国立大学解剖学和生物医学信息系的Yun Hak Kim副教授，以及认知机械工程系的Suck Won Hong教授和Dong-Wook Han教授开发了含有MXene NPs的纳米纤维矩阵作为支架。他们使用DNA测序来揭示由MXene NPs激活的基因和生物途径，以帮助肌肉再生。

　　这些发现发表在《纳米微快报》上，标志着MXene支架在治疗肌肉损伤方面取得了重大进展。

　　金教授解释说:“这一发现为利用这些材料增强损伤或损伤后肌肉组织再生的功效开辟了一条前景。”

　　在初始阶段，该团队创建了含有聚乳酸-co-ε-己内酯(P)，胶原(C)和Ti3C2Tx MXene纳米颗粒(M)的纳米纤维PCM基质。为了确定MXene NPs对肌肉生长的具体影响，他们制备了三种对照:原始PLCL (P)，胶原PLCL (PC)和MXene PLCL (PM)。研究人员在诱导体积性肌肉损失的小鼠模型上测试了所有支架，观察到与其他组相比，pcm处理小鼠的肌肉细胞总数显着增加。

　　为了了解MXene纳米颗粒(NPs)如何在分子水平上影响肌肉再生和生长，研究人员将C2C12成肌细胞(肌肉细胞的前体)引入PC和PCM基质。目的是分析两种基质之间基因表达水平的差异。在PCM基质中，诱导型一氧化氮合酶(iNOS)和血清/糖皮质激素调节激酶1 (SGK1)的产生增加，这两种蛋白与钙信号传导和肌肉再生密切相关。

　　这些结果表明MXenes促进细胞周围钙离子(Ca2+)的沉积。细胞内Ca2+水平的升高触发了产生iNOS和SGK1蛋白的基因的激活。SGK1影响mTOR-AKT通路，促进细胞增殖、存活和肌生成(成肌细胞向肌纤维的转化)。同时，iNOS增加一氧化氮(NO)的产生，促进成肌细胞增殖和肌纤维融合。

　　综合作用导致成熟肌肉组织的发育。排列的PCM纳米纤维基质为细胞内生化信号传导提供生物物理线索，指导肌生成行为。这一发现有助于我们了解MXene再生肌肉的潜力，并有望改进支架设计以进一步增强这一过程。

　　“在5到10年内，这项研究可能会产生突破性的肌肉损伤治疗方法。注入MXene np的基质可以成为运动员、肌肉相关疾病患者以及从肌肉相关创伤或手术中恢复的人的常规医疗实践，”金教授说。“这些NPs可能会增强肌肉再生方法，为重建手术和肌肉功能受损的肌肉萎缩症等疾病提供更好的结果。”

　　注入MXene np的基质具有定制的潜力，以满足治疗肌肉损失损伤的不同需求。这种定制可能涉及调整成分、结构或特性，以满足特定的患者需求，如大小、形状或生物活性增强。定制这些材料可以为不同程度的肌肉损失提供个性化的解决方案。此外，观察到的增强的肌肉再生可以帮助更有效的恢复，潜在地减少治疗后的康复需求。

　　这些具有可控机械性能的基质有望促进体内肌肉再生。对MXene的进一步研究有望扩大临床应用，潜在地造福人类福祉。