天然骨骼肌的显著特征在于其高度分层的微结构与有序排列的肌纤维。针对体积性肌肉损失（VML）的治疗，研发能够复制天然肌肉环境分层排列微观结构的组织支架，既充满希望又面临挑战。此外，理想的支架应具备可调节的成分，以实现特定的功能调控。

  近期，中南民族大学秦四勇教授团队创新性地制备了一种可注射的自组装肽液晶（LC）水凝胶，其具有分层纤维排列结构，可有效支持骨骼肌再生。为模拟骨骼肌的物理化学功能，将二维碳化钛纳米片Ti₃C₂Tx MXene作为外源成分引入LC水凝胶，显著增强了水凝胶的机械强度、抗炎活性和电导率。所得的Ti₃C₂Tx/LC水凝胶能够有效引导成肌细胞有序排列，促进成肌分化与血管生成。与无序排列的非液晶（NLC）水凝胶相比，具有分层结构的排列Ti₃C₂Tx/LC水凝胶在大鼠VML模型中，能够显著促进新肌肉组织的形成，并推动肌肉功能恢复。本研究为制备微结构有序的水凝胶支架提供了一种高效且实用的策略，在肌肉组织工程和再生医学领域展现出巨大的应用潜力。该工作以“Injectable Peptide Liquid Crystal Hydrogel with Hierarchical Microstructure Directs Myoblast Alignment and Potentiates Muscle Functional Recovery”为题发表在《Advanced Functional Materials》上（Adv. Funct. Mater. 2025, e00204.）。文章第一作者是中南民族大学黄蓉副教授和硕士研究生蔡创。该研究得到国家自然科学基金（52273313，22377152）、武汉知识创新计划-基础研究（2023020201010150）、中南民族大学中央大学基本科研基金（CZQ24008）、湖北省能源高分子材料工程技术研究中心平台项目（PTZ24012）的资助。

图1.定向肽LC水凝胶支架示意图。(A)受天然肌肉组织排列结构的启发，设计了一种仿生肽LC水凝胶，用于支持成肌细胞和肌纤维排列和增殖，用于治疗VML。(B) C₁₅H₃₁-CONH-VE-CONH₂的化学结构及其自组装成纳米纤维的示意图。经过pH调节和热处理，肽溶胶经历了相转变成有序排列的LC水凝胶，通过物理混合实现可调的成分性质。(C)应用肽LC水凝胶支架修复大鼠肌肉体积缺（VML）损示意图。

图2. LC、NLC、Ti₃C₂Tx/NLC和Ti₃C₂Tx/LC水凝胶的表征。(A)水凝胶的构建示意图。（B， C） LC和NLC水凝胶与Ti₃C₂Tx MXene混合前后的照片和POM图像。（D， E）自组装肽纳米纤维SEM图像和取向分布统计分析。(F)添加Ti₃C₂Tx MXene前后LC和NLC水凝胶的储存模量G’和损耗模量G”。（G-I）不同水凝胶的激光散射图像、电导率和自由基清除能力分析。

图3. Ti₃C₂Tx /LC水凝胶促进成肌细胞C2C12增殖的机制。(A)溶血率分析。(B) Ti₃C₂Tx /NLC和Ti₃C₂Tx /LC水凝胶对细胞活力的影响。(C) C2C12细胞在Ti₃C₂Tx /NLC和Ti₃C₂Tx /LC水凝胶支架中预培养72 h后的EdU染色。(D)基于转录组测序的KEGG通路富集分析。(E)细胞增殖相关差异表达基因热图。(F) mRNA表达水平定量分析。(G) PCNA、Paxillin、p-AKT、p-Erk1/2、p-p38 MAPK、p-JNK蛋白的Western blot图。(H)免疫印迹数据定量分析。

图4. Ti₃C₂Tx /LC水凝胶对细胞排列和迁移的调控作用。(A) C2C12、HUVEC和3T3细胞在二维表面、Ti₃C₂Tx /NLC水凝胶、Ti₃C₂Tx /LC水凝胶中培养后的共聚焦图像，并对细胞方向分布进行统计分析。C2C12细胞取向在(B) -20°—20°范围内，(C)细胞铺展面积，(D)细胞长宽比的比例。(E) C2C12细胞划痕实验结果图像和(F)定量分析。(G) C2C12细胞Transwell实验结果图像和(H)定量分析。

图5. Ti₃C₂Tx/LC水凝胶对细胞外基质构建、血管生成和成肌分化的诱导作用。(A-B) C2C12细胞内MHC、3T3细胞内I型胶原和vimentin、HUVEC细胞内CD31和eNOS蛋白的 Western blotting图像和相对蛋白表达水平分析。(C) C2C12细胞中myostatin、PCNA、MHC mRNA的 RT-qPCR定量分析。(D) C2C12细胞在水凝胶上预培养三天的细胞骨架形态染色图。(E) HUVEC细胞在水凝胶上预培养一天的血管生成图像和(F)定量分析（管、节点、网数、总网面积）。(G)培养七天后水凝胶支架内形成肌管的二维和三维免疫荧光图像及取向分布。 (H)肌管数，(I)长度，(J)肌管融合指数的定量分析。

图6. Ti₃C₂Tx /LC水凝胶支架植入大鼠体积性肌肉损失模型后对骨骼肌组织的修复。(A)大鼠体积性肌肉损失图像。(B) Ti₃C₂Tx /LC水凝胶介导的体积性肌肉损失修复示意图。(C)第14天 H&E染色图。(D) VML周围肌纤维直径。(E)有核肌纤维数目（新肌纤维）。(F)第14天再生肌肉的Masson染色图。(G)再生肌肉中胶原蛋白覆盖率分析。(H)组织切片中肌球蛋白重链（MHC，红色）、CD31（绿色）和细胞核（DAPI）的免疫荧光染色。(1)缺陷区域附近的毛细管面积。

图7. Ti₃C₂Tx /LC水凝胶支架植入大鼠体积性肌肉损失模型后对骨骼肌功能的恢复。(A)矿场实验示意图。(B) 第14天实验大鼠的代表性运动轨迹和(C)总运动距离。(D)肌电图实验示意图。(E) 第28天各组代表性肌电图。(F) 第28天再生肌肉组织的收缩能力。

  这项研究开发了一种具有有序微结构形态以及可调控生化性质的可注射肽LC水凝胶支架，用于填补肌肉缺陷，引导细胞排列，并促进肌肉再生。在不需要持续的外部刺激或引导作用下，通过分子自组装和热诱导排列，构建了一个模拟天然骨骼肌细胞骨架的分层结构、微结构有序排列的肽水凝胶支架。通过加入Ti₃C₂Tx MXene，其生物活性进一步增强，可产生ROS清除及抗炎活性，并改善电导率。Ti₃C₂Tx/LC水凝胶在促进细胞定向排列、增殖和迁移、成肌分化和血管生成方面表现出显著能力。在大鼠体积性肌肉损失模型中，Ti₃C₂Tx/LC水凝胶在促进肌纤维形成、血管生成和功能恢复方面优于微结构无序的水凝胶，展示出其模拟天然肌肉组织微环境的能力。总之，该仿生肽LC水凝胶支架有望成为促进肌肉组织修复和神经元再生的多功能治疗平台。

  原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202500204

通讯作者简介

秦四勇，博士，教授，硕士生导师，主要从事生物医用材料的基础与应用研究。2014年获武汉大学高分子化学与物理博士学位（导师：卓仁禧院士、张先正教授），同年7月进入贵州大学材料与冶金学院工作，次年4月加入中南民族大学化学与材料科学学院。主持国家自然科学基金2项、湖北省面上基金2项及教育部学术创新项目等10余项，参与国家/省部级重点项目多项。以第一/通讯作者在Coord. Chem. Rev., Acc. Mater. Res., Angew. Chem. Int. Ed., ACS Nano等国际期刊发表论文40余篇，授权中国发明专利6项。曾获教育部武汉大学博士学术新人奖、湖北省优秀博士学位论文等荣誉。

黄蓉，博士，副教授，硕士生导师。2014年获得武汉大学有机化学博士学位，2015年4月加入中南民族大学药学院，致力于新型生物活性分子的创新发现与功能研究，以应对肿瘤、耐药性细菌感染及难治性自身免疫性疾病的临床治疗挑战。主持2项国家自然科学基金，并参与10余项国家级和省部级科研项目。以第一作者或通讯作者身份在Adv. Funct. Mater., J. Control Release, Acta Biomater., Int. J. Biol. Macromol.等国际期刊发表论文30余篇，并授权6项国家发明专利。