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  天然骨骼肌的顯著特征在于其高度分層的微結(jié)構(gòu)與有序排列的肌纖維。針對體積性肌肉損失（VML）的治療，研發(fā)能夠復制天然肌肉環(huán)境分層排列微觀結(jié)構(gòu)的組織支架，既充滿希望又面臨挑戰(zhàn)。此外，理想的支架應(yīng)具備可調(diào)節(jié)的成分，以實現(xiàn)特定的功能調(diào)控。

  近期，中南民族大學秦四勇教授團隊創(chuàng)新性地制備了一種可注射的自組裝肽液晶（LC）水凝膠，其具有分層纖維排列結(jié)構(gòu)，可有效支持骨骼肌再生。為模擬骨骼肌的物理化學功能，將二維碳化鈦納米片Ti₃C₂Tx MXene作為外源成分引入LC水凝膠，顯著增強了水凝膠的機械強度、抗炎活性和電導率。所得的Ti₃C₂Tx/LC水凝膠能夠有效引導成肌細胞有序排列，促進成肌分化與血管生成。與無序排列的非液晶（NLC）水凝膠相比，具有分層結(jié)構(gòu)的排列Ti₃C₂Tx/LC水凝膠在大鼠VML模型中，能夠顯著促進新肌肉組織的形成，并推動肌肉功能恢復。本研究為制備微結(jié)構(gòu)有序的水凝膠支架提供了一種高效且實用的策略，在肌肉組織工程和再生醫(yī)學領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。該工作以“Injectable Peptide Liquid Crystal Hydrogel with Hierarchical Microstructure Directs Myoblast Alignment and Potentiates Muscle Functional Recovery”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上（Adv. Funct. Mater. 2025, e00204.）。文章第一作者是中南民族大學黃蓉副教授和碩士研究生蔡創(chuàng)。該研究得到國家自然科學基金（52273313，22377152）、武漢知識創(chuàng)新計劃-基礎(chǔ)研究（2023020201010150）、中南民族大學中央大學基本科研基金（CZQ24008）、湖北省能源高分子材料工程技術(shù)研究中心平臺項目（PTZ24012）的資助。

圖1.定向肽LC水凝膠支架示意圖。(A)受天然肌肉組織排列結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，設(shè)計了一種仿生肽LC水凝膠，用于支持成肌細胞和肌纖維排列和增殖，用于治療VML。(B) C₁₅H₃₁-CONH-VE-CONH₂的化學結(jié)構(gòu)及其自組裝成納米纖維的示意圖。經(jīng)過pH調(diào)節(jié)和熱處理，肽溶膠經(jīng)歷了相轉(zhuǎn)變成有序排列的LC水凝膠，通過物理混合實現(xiàn)可調(diào)的成分性質(zhì)。(C)應(yīng)用肽LC水凝膠支架修復大鼠肌肉體積缺（VML）損示意圖。

圖2. LC、NLC、Ti₃C₂Tx/NLC和Ti₃C₂Tx/LC水凝膠的表征。(A)水凝膠的構(gòu)建示意圖。（B， C） LC和NLC水凝膠與Ti₃C₂Tx MXene混合前后的照片和POM圖像。（D， E）自組裝肽納米纖維SEM圖像和取向分布統(tǒng)計分析。(F)添加Ti₃C₂Tx MXene前后LC和NLC水凝膠的儲存模量G’和損耗模量G”。（G-I）不同水凝膠的激光散射圖像、電導率和自由基清除能力分析。

圖3. Ti₃C₂Tx /LC水凝膠促進成肌細胞C2C12增殖的機制。(A)溶血率分析。(B) Ti₃C₂Tx /NLC和Ti₃C₂Tx /LC水凝膠對細胞活力的影響。(C) C2C12細胞在Ti₃C₂Tx /NLC和Ti₃C₂Tx /LC水凝膠支架中預(yù)培養(yǎng)72 h后的EdU染色。(D)基于轉(zhuǎn)錄組測序的KEGG通路富集分析。(E)細胞增殖相關(guān)差異表達基因熱圖。(F) mRNA表達水平定量分析。(G) PCNA、Paxillin、p-AKT、p-Erk1/2、p-p38 MAPK、p-JNK蛋白的Western blot圖。(H)免疫印跡數(shù)據(jù)定量分析。

圖4. Ti₃C₂Tx /LC水凝膠對細胞排列和遷移的調(diào)控作用。(A) C2C12、HUVEC和3T3細胞在二維表面、Ti₃C₂Tx /NLC水凝膠、Ti₃C₂Tx /LC水凝膠中培養(yǎng)后的共聚焦圖像，并對細胞方向分布進行統(tǒng)計分析。C2C12細胞取向在(B) -20°—20°范圍內(nèi)，(C)細胞鋪展面積，(D)細胞長寬比的比例。(E) C2C12細胞劃痕實驗結(jié)果圖像和(F)定量分析。(G) C2C12細胞Transwell實驗結(jié)果圖像和(H)定量分析。

圖5. Ti₃C₂Tx/LC水凝膠對細胞外基質(zhì)構(gòu)建、血管生成和成肌分化的誘導作用。(A-B) C2C12細胞內(nèi)MHC、3T3細胞內(nèi)I型膠原和vimentin、HUVEC細胞內(nèi)CD31和eNOS蛋白的 Western blotting圖像和相對蛋白表達水平分析。(C) C2C12細胞中myostatin、PCNA、MHC mRNA的 RT-qPCR定量分析。(D) C2C12細胞在水凝膠上預(yù)培養(yǎng)三天的細胞骨架形態(tài)染色圖。(E) HUVEC細胞在水凝膠上預(yù)培養(yǎng)一天的血管生成圖像和(F)定量分析（管、節(jié)點、網(wǎng)數(shù)、總網(wǎng)面積）。(G)培養(yǎng)七天后水凝膠支架內(nèi)形成肌管的二維和三維免疫熒光圖像及取向分布。 (H)肌管數(shù)，(I)長度，(J)肌管融合指數(shù)的定量分析。

圖6. Ti₃C₂Tx /LC水凝膠支架植入大鼠體積性肌肉損失模型后對骨骼肌組織的修復。(A)大鼠體積性肌肉損失圖像。(B) Ti₃C₂Tx /LC水凝膠介導的體積性肌肉損失修復示意圖。(C)第14天 H&E染色圖。(D) VML周圍肌纖維直徑。(E)有核肌纖維數(shù)目（新肌纖維）。(F)第14天再生肌肉的Masson染色圖。(G)再生肌肉中膠原蛋白覆蓋率分析。(H)組織切片中肌球蛋白重鏈（MHC，紅色）、CD31（綠色）和細胞核（DAPI）的免疫熒光染色。(1)缺陷區(qū)域附近的毛細管面積。

圖7. Ti₃C₂Tx /LC水凝膠支架植入大鼠體積性肌肉損失模型后對骨骼肌功能的恢復。(A)礦場實驗示意圖。(B) 第14天實驗大鼠的代表性運動軌跡和(C)總運動距離。(D)肌電圖實驗示意圖。(E) 第28天各組代表性肌電圖。(F) 第28天再生肌肉組織的收縮能力。

  這項研究開發(fā)了一種具有有序微結(jié)構(gòu)形態(tài)以及可調(diào)控生化性質(zhì)的可注射肽LC水凝膠支架，用于填補肌肉缺陷，引導細胞排列，并促進肌肉再生。在不需要持續(xù)的外部刺激或引導作用下，通過分子自組裝和熱誘導排列，構(gòu)建了一個模擬天然骨骼肌細胞骨架的分層結(jié)構(gòu)、微結(jié)構(gòu)有序排列的肽水凝膠支架。通過加入Ti₃C₂Tx MXene，其生物活性進一步增強，可產(chǎn)生ROS清除及抗炎活性，并改善電導率。Ti₃C₂Tx/LC水凝膠在促進細胞定向排列、增殖和遷移、成肌分化和血管生成方面表現(xiàn)出顯著能力。在大鼠體積性肌肉損失模型中，Ti₃C₂Tx/LC水凝膠在促進肌纖維形成、血管生成和功能恢復方面優(yōu)于微結(jié)構(gòu)無序的水凝膠，展示出其模擬天然肌肉組織微環(huán)境的能力�？傊�，該仿生肽LC水凝膠支架有望成為促進肌肉組織修復和神經(jīng)元再生的多功能治療平臺。

  原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202500204

通訊作者簡介

秦四勇，博士，教授，碩士生導師，主要從事生物醫(yī)用材料的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究。2014年獲武漢大學高分子化學與物理博士學位（導師：卓仁禧院士、張先正教授），同年7月進入貴州大學材料與冶金學院工作，次年4月加入中南民族大學化學與材料科學學院。主持國家自然科學基金2項、湖北省面上基金2項及教育部學術(shù)創(chuàng)新項目等10余項，參與國家/省部級重點項目多項。以第一/通訊作者在Coord. Chem. Rev., Acc. Mater. Res., Angew. Chem. Int. Ed., ACS Nano等國際期刊發(fā)表論文40余篇，授權(quán)中國發(fā)明專利6項。曾獲教育部武漢大學博士學術(shù)新人獎、湖北省優(yōu)秀博士學位論文等榮譽。

黃蓉，博士，副教授，碩士生導師。2014年獲得武漢大學有機化學博士學位，2015年4月加入中南民族大學藥學院，致力于新型生物活性分子的創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)與功能研究，以應(yīng)對腫瘤、耐藥性細菌感染及難治性自身免疫性疾病的臨床治療挑戰(zhàn)。主持2項國家自然科學基金，并參與10余項國家級和省部級科研項目。以第一作者或通訊作者身份在Adv. Funct. Mater., J. Control Release, Acta Biomater., Int. J. Biol. Macromol.等國際期刊發(fā)表論文30余篇，并授權(quán)6項國家發(fā)明專利。