猪肌肉

智能纺织品可以将肌肉运动转化为不同的电信号（视频截图）。图片来源：加州大学洛杉矶分校工程系资深作者陈军利用纳米磁性复合材料和导电纱线，美国加州大学洛杉矶分校科学家发明了一种智能纺织品，可感知和测量从肌肉弯曲到静脉搏动的身体动态活动。该纺织品自动供电、有弹性、防水且经久耐用，只需几美元就可用缝纫机制作，有朝一日它可能会帮助临床医生评估肌肉损伤，以促进患者康复。相关论文于27日发表在《物质》杂志上。从技术上讲，这种智能纺织品并不是由布料制成的，但具有类似布料的质地。它由一个纳米磁铁填充的橡胶贴片制成，大约两枚邮票大小。使用缝纫机，研究人员将镀银导电纱线以线圈的缠绕方式缝合在贴片上，敲击机械力可使橡胶内部的磁场图案变形，从而产生通过纱线的电流。新智能纺织品对生物力学压力非常敏感。该设备将肌肉活动转换为可量化的高保真电信号，并将其无线发送到手机应用程序。这揭示了其具有个性化物理治疗和有助肌肉损伤康复的潜力。该设备灵敏而精确，可详细记录身体的运动，精确到每个肌肉群。将该设备连接到身体的不同部位，研究人员可清楚地测量喝水时的喉咙运动，走路时的脚踝运动，甚至从手腕监测一个人的脉搏。当安装在人的二头肌上时，该设备可显示用户是弯曲手臂还是握紧拳头，以及程度或力量。为了模拟真实世界的条件，如汗流浃背和大雨，研究小组用水喷雾将设备弄湿，并测试其信号输出，结果信号仍然很强。除了防水，该设备还具有伸缩性和耐用性，可延伸3.5倍的长度，并经受住10万次变形。从生产的角度来看，这款设备很容易制造，并且具有高度的可扩展性，每个补丁程序的成本估计不到3美元。该设备的另一个亮点是它的自供电特性。将生物机械力转换为电能意味着这个装置也是一个发电机，这避免了在可穿戴电子设计中通常需要安装的笨重和坚硬的电池组。

物理治疗是康复过程的重要干预手段，它通过物理方法，针对人体局部或全身性的功能障碍或病变，采用非侵入性、非药物性的治疗来恢复身体原有的生理功能。骨折或肌肉、韧带拉伤后，都会对正常的肌肉功能造成一定的影响，恢复和增强肌肉功能需要进行科学的肌肉力量练习。恢复肌肉力量的康复治疗的第一步要确定主要和次要受损肌群，以及该肌群现有功能水平。再根据功能检查状况制定切实可行的肌力理疗练习计划。Chatillon（查狄伦）测力计提供专业的辅助配件，可以协助医生科学的判断具体受损肌肉，损伤水平及恢复情况，以便为患者制定更为科学的治疗方案。理疗练习必须遵循“超量恢复”和“循序渐进”的原则，既不能间隔太长，也不宜过于频繁。肌力练习的效果要根据恢复进程实时判定，以修正适宜的练习计划，达到治疗效果。具体的治疗需在医生的指导下进行。

新型芯片复制神经肌肉接头有助于为神经肌病测试药物麻省理工学院（MIT）工程师们开发出一种复制神经肌肉接头（神经和肌肉之间至关重要的连接）的微流控设备（microfluidic device）。该设备约有25美分硬币大小，包含单个肌条和一小组运动神经元。研究人员能够在逼真（现实）的三维基质中影响和观察两者之间的相互作用。研究人员对该设备中的神经元进行基因改造，使其对光照做出反应。通过将光照之间投射到（这些）神经元上，他们能够精确刺激这些细胞，发送信号激发肌肉纤维。研究人员还测量了设备内肌肉在被激发后抽搐或收缩的力量。该研究结果2016年8月3日在线发表于《Science Advances》期刊，可能帮助科学家们理解并识别药物以治疗肌萎缩侧索硬化（ALS，即卢伽雷氏症）和其他神经肌肉相关疾病。“神经肌肉接头涉及许多失能性疾病，其中有些是残酷而致命的，还有很多尚未被发现”领导该研究的MIT机械工程系研究生Sebastien Uzel说，“我们希望能够在体外形成神经肌肉接头，从而帮助我们理解某些疾病活动”。Sebastien Uzel现在是哈佛大学Wyss研究所博士后。自1970年代以来，科学家们已经提出了大量方法在实验室中模拟神经肌肉接头。大部分这些实验涉及在培养皿或小玻璃基板上生长肌肉和神经细胞。但这样的环境与（动物）体内状态相去甚远，在动物体内，肌肉和神经细胞存活于复杂的三维环境中，并且通常距离较远。“想想长颈鹿”Uzel说，“脊髓神经元所发出的轴突需要跨越非常大的距离才能与腿部肌肉连接。”为了在体外重建更逼真的神经肌肉接头，Uzel和同事们构造了一种微流控设备，该设备具有两个重要特性：1. 三维环境；2. 隔离肌肉和神经的隔间，从而模拟两者在人体内的自然分离状态。研究人员将肌肉和神经元细胞悬浮于隔间中，然后充满凝胶以模拟三维环境。为了生长肌肉纤维，研究团队使用了获得自小鼠的肌肉前体细胞，随后将其分化成肌肉细胞。他们将细胞注入微流控隔间，细胞会在隔间内生长并融合形成单个肌条。同样的，他们从干细胞分化出运动神经元，然后将所获得的神经细胞聚合体放置在第二个隔间中。在分化两种细胞之前，研究人员使用光遗传学（optogenetics）技术对神经细胞进行了基因改造。该研究共同作者、MIT机械和生物工程Cecil and Ida Green特聘教授Roger Kamm说：光“能够让你精确控制你想要激活的细胞”。在这样的狭小空间里，电极无法实现这一点。最后，研究人员为该设备添加了另一个特性：力传感。为了测量肌肉收缩，他们在肌肉细胞隔间内构造了两个微小的弹性支柱，位于肌肉纤维周围并能够被生长的肌肉纤维所包裹。随着肌肉收缩，支柱会被挤压在一起，形成位移，研究人员能够测量这些位移并转换为机械力。在测试该设备的实验中，Uzel和同事们首次观察到神经元在三维区域内向肌肉纤维伸展轴突。在观察到轴突建立连接时，他们用微小的蓝光激射刺激神经元，并立即观察到肌肉收缩。“发射闪光，就能观察到抽搐”Kamm说道。根据这些实验，Kamm说，这种微流控设备可能作为神经肌病药物测试卓有成效的试验场，甚至可以根据个体患者进行定制。“你可能从ALS患者获得多能细胞，将它们分化成肌肉和神经细胞，并且为特定患者制造整个系统”Kamm说，“然后你能够根据需要多次复制，同时测试不同的药物或疗法的组合，查看哪种疗法能够最有效地改善神经和肌肉之间的连接。”另一方面，他说，该设备在“建模操作协议（modeling exercise protocols）”中可能是有用的。例如，通过以不同的频率刺激肌肉纤维，科学家们能够研究重复压力如何影响肌肉的性能。“现在，随着所有这些新型微流控方法的开发，你能够开始建立神经元和肌肉的更复杂的模型”Kamm说，“神经肌肉接头是另一个现在可以被纳入测试模式的单位”。