背景
骨骼肌作為人體內最豐富的組織器官，在人體各處均有身影，重量更是占到了人體的20 – 50%。得益于豐富的骨骼肌，我們能夠順利完成各種動作，成為“動”物。正因為骨骼肌如此重要，與之相對的疾病——肌肉萎縮對于生活的影響也十分嚴重。同時，缺乏有效的治療藥物也讓該類疾病變得十分棘手。藥物開發正在進行，然而現行的開發過程費用高、時間久、成功率低，使得患者不能心理上難以承受長期且不穩定的研發等待。因此為了提高臨床前的藥物篩選效率，3D微生理系統（Micro-physiology systems，MPS）——一種在培養皿上模擬人體生理和疾病效果的技術——逐漸被科研人員所重視。Angela Alave Reyes-Furrer等人便是在此技術上，通過生物3D打印的方式，在體外構建骨骼肌模型，希望能夠用于藥物篩選。

方法
作者使用瑞士regenHU生物3D打印機3DDiscovery的電磁閥噴墨打印頭完成主要的打印工作。相比于經典的擠壓打印方式，微型電磁閥噴墨能夠有效減少打印時的剪切力，提高細胞存活率。因使用的基質膠（Matrigel）具有低溫流動，高溫凝固的特性，因而在打印機上搭配了水循環制冷系統，確保打印材料在低溫（＜10℃）環境下噴出。使用的生物墨水分散有原代人肌肉前體細胞，打印后培養一周形成可收縮、有紋理的肌纖維，即獲得了體外骨骼肌模型。期間可觀察到模型體積縮小，表明肌肉細胞產生拉力（圖1）。 結果
作者主要進行了刺激反應和收縮力兩方面的測試。
對于刺激反應，作者給予肌肉模型單次電刺激，模型產生了相應的抽搐收縮（圖2）。為了更真實地模擬肌肉工作，作者將單次刺激轉為電脈沖系統（Electrical pulse stimulation，EPS），給予連續3 h的脈沖刺激，證實了白細胞介素-6肌因子（Interleukin-6 myokine）的表達和蛋白激酶B肥大通路（AKT hypertrophy pathway）的激活（圖3）。
對于收縮力，作者從刺激次數、電流大小、持續時間等方面進行了考察。分別在25 Hz、300 mA、2 ms下獲得較大的收縮力值（圖4）。隨后的進一步實驗則添加了常見的肌肉收縮促進劑咖啡因（Caffeine）和肌鈣蛋白激活劑Tirasemtiv（Troponin C activator），發現均能提升肌肉的收縮力（圖5）。 圖5 咖啡因（左）和Tirasemtiv（右）對于肌肉收縮力的提升。統計方法：未配對t檢驗，****p < 0.0001。 作者Angela Alave Reyes-Furrer等人首次在體外使用微生理系統重現肌肉刺激藥物對于運動和收縮力地提升，這一技術非常適合于臨床前的藥物篩選，期待其應用于新型藥物開發以治療肌肉萎縮。
 
參考文獻
[1] Alave Reyes-Furrer, A., De Andrade, S., Bachmann, D. et al. Matrigel 3D bioprinting of contractile human skeletal muscle models recapitulating exercise and pharmacological responses. Commun Biol 4, 1183 (2021). https://doi.org/10.1038/s42003-021-02691-0