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图片上部为示意图：一款新的模拟神经和肌肉链接点的微流体设备，包含了一组神经元（绿色）和一束肌肉纤维（红色）。图片下部为荧光照片：驱动神经元伸出1毫米长的轴突与肌肉纤维束相链接的荧光照片。图片来源：Sebastien Uzel
麻省理工科学家发明了一种微流体设备，该设备复制了神经和肌肉的连接部。这个设备只有25美分硬币那么大，包含一条肌肉纤维束和一小组驱动神经元。科学家可以利用该设备进行药物试验，观察神经和肌肉的链接状态。
研究论文发表在《Science Advances》上。该设备中的神经元经过基因改造，能够对光反应。用光照射神经元，它们即会向肌肉纤维发射信号。科学家还测量了该设备中的肌肉纤维束收缩时的力量。针对肌萎缩侧索硬化症（ALS）和其他神经-肌肉疾病的药物可以借该设备进行实验。
原麻省理工机械工程系研究生塞巴斯蒂安·乌兹（Sebastien Uzel）领导了这个项目。他表示，许多严重的神经肌肉疾病都牵扯到尚待研究的神经-肌肉链接的工作机理，因此，一个便于观察的神经-肌肉链接模型将有助于医学的进步。
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旧技术的局限
20世纪70年代，科学家已经发明了几种手段来模拟神经-肌肉连接部，这些技术一般都是在一个浅碟子中生长出神经和肌肉细胞。
这种方法有若干缺点：和身体相比，培养基含水量太低；培养基只能模拟一个平面，而不是生物体中的肌肉和神经细胞的三维环境；相较于生物体，培养基中的肌肉和神经细胞靠的太近。
塞巴斯蒂安·乌兹目前在哈佛大学维斯研究所做博士后，他用长颈鹿来打比方：脊髓中的神经细胞需要通过一个非常长的轴突才能与腿部的肌肉通信。
乌兹团队制造的活体外（in vitro）神经-肌肉连接部具有两个重要的特点：三维的体外环境和神经与肌肉的“仿生隔离”。这样一来，体外连接部将与生物体内的具有很高的相似度。
新技术的特点
研究组把来自老鼠的肌原细胞注入微流体隔间，在那里，细胞生长成为了一束肌肉纤维。类似地，神经干细胞也被置于对应的微流体隔间进行分化。神经干细胞则经过基因改造，因此能对光照发生反应。这么做是因为光可以非常精确地刺激一部分神经细胞，而传统的电极会刺激一大片神经细胞。
最终，科学家在组件中添加了力传感器：为了测量肌肉的拉力，他们把肌肉纤维绕在两根小杆上。当肌肉纤维收缩时，两根小杆变形，可以根据形变量确定肌肉的拉力。
在实验中，乌兹团队在成功让神经和肌肉建立了链接后。用蓝光刺激神经细胞，马上看到了肌肉的收缩。基于这个结果，乌兹团队认为，该设备可以用来测试针对神经-肌肉失调的药物，甚至可以针对患者的基因进行个别定制。
具体来说，科学家们可以从萎缩侧索硬化症患者身上获得干细胞，用其制成肌肉和神经细胞，获得为该病人私人订制的神经肌肉模拟器。利用这种模拟器，可以直接尝试各种治疗方案。
此外，该设备还可能用于健身领域：通过对属于你的神经肌肉模拟器进行不同频率的刺激，可以为你打造出最佳的健身方案。
研究团队称，他们已经在着手研制更复杂的神经-肌肉模拟器。
编译：离子心
论文的其他作者包括：麻省理工塞西尔和意达·格林机械和生物工程杰出教授罗格·卡姆（Roger Kamm）、麻省理工博士后兰德尔·帕拉特（Randall Platt）、研究科学家威迪亚·苏巴马年（Vidya Subramanian）、前本科生泰勒·皮尔（Taylor Pearl）、高级博士后克里斯托弗·罗兰（Christopher Rowlands）、前博士后韦森特·昌（Vincent Chan）、生物学助理教授拉叶·博伊尔（Laurie Boyer）以及机械工程和生物工程教授皮特·苏（Peter So）。
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