肌肉

骨骼肌占大多数人体重的40％。肌肉的能量消耗量约占人体能量摄入量的30％，在运动期间消耗更多。人体新陈代谢的健康与其骨骼肌数量及健康程度有关。

许多人都经历过短暂的肌肉疲劳与疼痛，但有些人患有严重的肌肉疾病，如肌肉萎缩症。衰老的成年人有患骨骼肌减少症(一种骨骼肌萎缩症)的风险。某些慢性病患者的肌肉过度萎缩会导致一种叫做恶病质的消瘦状态。这些疾病中的许多都没有治愈的方法。

美国国立卫生研究院支持的研究人员正在开发一种称为肌肉芯片的装置，在实验室中研究人体骨骼肌的功能，并能测试药物对肌肉的有效性和毒性。目标是使用该系统筛选用于治疗骨骼肌和血管疾病的新型药物。许多用于治疗糖尿病、高胆固醇和其他疾病的药物对肌肉有副作用，肌肉芯片可能有助于研究人员预测这些药物的副作用。

芯片上的肌肉

美国国立卫生研究院支持的杜克大学科学家团队收集了志愿者的肌肉细胞。科学家们将肌肉细胞增殖并自组装成生物工程肌肉束。

但这些实验室级别的系统是否能像人体肌肉一样运作？研究人员采用电脉冲和化学物质来模拟通过身体神经传递的大脑信息，这些信息告诉肌肉进行收缩。研究人员发现，小电流导致肌肉束抽搐，更大的电流导致更强烈的收缩。研究小组还发现，肌肉束在收缩过程中会同人体肌肉一样，释放出钙离子。

杜克大学的科学家正在开发一种用于培养人体肌肉束的小型三维系统，如本视频所示。

该视频是电刺激后肌肉束的微观视图，其导致肌肉收缩并释放钙离子（视频中的白色颗粒）。

展望未来

NIH支持的研究人员观察到，芯片上的肌肉束行为类似于人体骨骼肌。研究人员已经用各种药物测试该芯片，以观察实验室培养的肌肉束是否与人体肌肉的反应方式相同。

科学家们还从脐带血和成体干细胞中培养血管细胞，并将它们与肌肉束一起培养。肌肉系统中的肌肉束与人体躯干的情况非常相似。干细胞拥有发展成多种不同细胞类型的巨大潜能，在早期生命和胚胎发育中至关重要；在成年人中，干细胞在组织修复和维护中发挥着重要作用。

科学家们可以使用这种新设备来更多地了解肌肉疾病。此外，该芯片可能使科学家能够收集数据以加速药物批准过程，并使研究人员能够为患者创造新的治疗方法。

将来，科学家们可以将这种肌肉设备与其他组织芯片（如血管或肝脏）集成起来，以获得更全面的信息，了解给定药物如何在人体内进行处理和运输，以及更好地预测药物的毒性作用。

https://ncats.nih.gov/tissuechip/chip/muscle