天然骨骼肌的顯著特征在于其高度分層的微結構與有序排列的肌纖維。針對體積性肌肉損失（VML）的治療，研發能夠復制天然肌肉環境分層排列微觀結構的組織支架，既充滿希望又面臨挑戰。此外，理想的支架應具備可調節的成分，以實現特定的功能調控。
近期，中南民族大學秦四勇教授團隊創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構，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，具有分層結構的排列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。本研究為制備微結構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學領域展現出巨大的應用潛力。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。該研究得到國家自然科學基金（52273313，22377152）、武漢知識創新計劃-基礎研究（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構的啟發，設計了一種仿生肽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的化學結構及其自組裝成納米纖維的示意圖。經過pH調節和熱處理，肽溶膠經歷了相轉變成有序排列的LC水凝膠，通過物理混合實現可調的成分性質。(C)應用肽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水凝膠支架中預培養72 h后的EdU染色。(D)基于轉錄組測序的KEGG通路富集分析。(E)細胞增殖相關差異表達基因熱圖。(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)免疫印跡數據定量分析。
圖4. Ti3C2Tx /LC水凝膠對細胞排列和遷移的調控作用。(A) C2C12、HUVEC和3T3細胞在二維表面、Ti3C2Tx /NLC水凝膠、Ti3C2Tx /LC水凝膠中培養后的共聚焦圖像，并對細胞方向分布進行統計分析。C2C12細胞取向在(B) -20°—20°范圍內，(C)細胞鋪展面積，(D)細胞長寬比的比例。(E) C2C12細胞劃痕實驗結果圖像和(F)定量分析。(G) C2C12細胞Transwell實驗結果圖像和(H)定量分析。
圖5. Ti3C2Tx/LC水凝膠對細胞外基質構建、血管生成和成肌分化的誘導作用。(A-B) C2C12細胞內MHC、3T3細胞內I型膠原和vimentin、HUVEC細胞內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細胞在水凝膠上預培養三天的細胞骨架形態染色圖。(E) HUVEC細胞在水凝膠上預培養一天的血管生成圖像和(F)定量分析（管、節點、網數、總網面積）。(G)培養七天后水凝膠支架內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，(I)長度，(J)肌管融合指數的定量分析。
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。
這項研究開發了一種具有有序微結構形態以及可調控生化性質的可注射肽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，構建了一個模擬天然骨骼肌細胞骨架的分層結構、微結構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于微結構無序的水凝膠，展示出其模擬天然肌肉組織微環境的能力。總之，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，主要從事生物醫用材料的基礎與應用研究。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項及教育部學術創新項目等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等國際期刊發表論文40余篇，授權中國發明專利6項。曾獲教育部武漢大學博士學術新人獎、湖北省優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新發現與功能研究，以應對腫瘤、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。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.等國際期刊發表論文30余篇，并授權6項國家發明專利。
