在与 ALS 等疾病的斗争中，南加州大学维特比生物医学工程研究人员创建了一个强大的实验室模型，以更好地了解我们的肌肉和神经元是如何连接的。

神经肌肉疾病使人衰弱，而且大多无法治愈，全世界每 100,000 人中就有 160 人受到影响。ALS 和多发性硬化症等疾病会影响肌肉功能，导致肌肉萎缩和运动功能丧失。与这些疾病作斗争的一个主要障碍是，众所周知，在实验室中培养组织来显示我们的肌肉和控制它们的神经元之间的联系是非常困难的。到目前为止。

生物医学工程博士 南加州大学维特比工程学院的学生创建了一个大大改进的新实验室生长组织模型，该模型提供了更稳定的神经肌肉接头视图- 我们系统的重要组成部分，将脊柱神经元产生的电脉冲转化为电活动和我们肌肉纤维的运动。

Santoso 说，神经肌肉接头是一种高度结构化的连接，具有椒盐卷饼状的褶皱，增加了神经元和肌肉之间的交流区域。

“神经肌肉接头是神经元将释放称为神经递质的信号分子的空间，然后这些分子将与位于肌肉纤维表面的受体结合，”桑托索说。“当这些分子附着在这些受体上时，它会导致肌肉细胞去极化——所以电压会发生变化——这就是导致肌肉收缩的原因。”

研究人员在明胶水凝胶上培养骨骼肌。在这里，他们测试了当受到缓慢(抽搐)电刺激或高频(破伤风)刺激时各种组织的收缩强度。图片来源：南加州大学

在神经肌肉疾病以及自然衰老过程中，神经肌肉接头内通常存在压力或连接中断。拥有准确的实验室培养组织模型对于了解与年龄相关的退化或神经肌肉疾病的进展以及最有效的治疗方法至关重要。然而，当研究人员试图将肌肉纤维和神经元生长在一起时，他们一直在努力在实验室模型中复制这种复杂的连接或神经支配点。

“传统上，当肌肉和神经元在培养皿中一起生长时，神经支配点的预期结构不存在，”桑托索说，“导致功能无能的组织不代表适当的生理学，因此很难得出关于疾病的结论和潜在的药物。”

因此，以前的组织模型往往会在两周后死亡。为了创建一个更有用的实验室模型，Santoso 和他的合著者设计了一个基于明胶的凝胶平台，该平台允许骨骼肌在实验室中以其正确对齐的结构生长，保持其结构至少一个月，并产生收缩类似于天然人体组织的强度。

“当你尝试在实验室中培养组织时，它通常涉及在一层中培养肌肉细胞并将神经元细胞放在上面，”桑托索说。“形成的交界处不会产生这些椒盐卷饼状折叠的结构，因此这会导致各种问题，因为它可能不会像您预期的那样对某些药物产生反应。”

当 Santoso 和他的团队在他们的明胶平台上将实验室培养的骨骼肌与干细胞衍生的运动神经元结合起来时，他们发现肌肉成功地形成了更有结构的神经肌肉接头。

Santoso 说，以前的组织模型通常使用坚硬的塑料或玻璃培养皿，这些培养皿不能为组织提供合适的蛋白质环境，并且经常导致肌肉细胞在收缩时剥落，从而导致细胞死亡。

“明胶凝胶我们使用，作为一种天然的生物材料，是自然粘合到骨骼肌肉细胞，这是我们能够看到我们的组织模式的日趋成熟远远超出了很多其他的以往机型的原因之一，”桑托索说过。“骨骼肌可以在表面存活更长的时间，在培养物中增加的时间意味着当我们将运动神经元引入培养物时，它可以完全整合以创建神经肌肉接头。”

Santoso 说，研究神经肌肉疾病特别具有挑战性，因为人类神经肌肉系统非常复杂。运动神经元位于我们的脊髓中，必须通过复杂的连接通路才能到达我们身体的所有肌肉。

“这条道路上有很多地方可能会出错，”桑托索说。“因此，与您在生物中看到的相比，您需要该实验室模型在功能和结构上非常接近。”

研究团队现在正在寻求扩大他们的研究合作者，以便他们可以将他们的组织模型平台应用于人类患者来源的细胞。

“目前，神经肌肉疾病只有真正的姑息治疗，它们只能延缓某些症状的严重程度。实际上并没有一个很好的方法来逆转或预防这种损害。” 桑托索说。“制作这些类型的模型并试图解析疾病的机制可能会让我们更好地了解如何开发治疗方法以更好地缓解症状，或者理想情况下，消除它们。”