Skeletal muscle, constituting a significant part of the human body, is responsible for maintaining the balance of the body and regulating physical activity. Skeletal muscle-related diseases, such as sarcopenia or amyotrophic lateral sclerosis (ALS), can cause a lack of muscle tension and a decrease in physical activity, even paralysis in severe cases. Recently, the importance of muscle research is increasing with the rising incidence of skeletal muscle diseases, associated with aging and age-related complications. In this study, we developed an integrated vessel and muscle system employing microfluidic chips to emulate the intricate muscle and vascular structures. At first, after constructing the muscle bands through a combination of double-coating and gel contraction, we create the vasculature by introducing the double-seeding method. To prevent the gel shrinkage and develop stable vasculature, vessel gel modification proceeds via the alteration of vessel gel composition. Lastly, the model's functionality is validated through electrical stimulation and image analysis, demonstrating its potential for muscle disease simulation and drug screening, and this advancement in the in vitro modeling of the muscle system contributes significantly to the progress of research on muscle-related diseases.
인체의 상당한 부분을 차지하는 골격근은 몸의 균형을 유지하고 신체활동을 조절하는 역할을 담당한다. 따라서 근감소증이나 근위축성 측색 경화증(ALS)과 같은 골격근 관련 질환은 근육 긴장도의 결여 및 신체 활동의 감소부터 심각한 경우 마비까지도 유발할 수 있다. 최근에는 전 세계 인구의 고령화로 인해 노화에 따른 질환 혹은 다른 질병의 합병증으로써 골격근 질병의 발병률이 증가하고 있어 연구의 필요성이 높아지고 있다. 본 연구에서 우리는 복잡한 근육 및 혈관 구조를 모방하는 문제를 해결하기 위해 미세 유체 칩을 이용한 통합된 혈관 근육 모델을 개발한다. 먼저, 이중 코팅 및 젤 수축을 통해 근육 밴드를 형성하고, 이중 시딩의 방법을 도입해 혈관 구조를 형성한다. 또한, 젤 수축을 막아 안정적인 혈관 구조를 형성하기 위해, 젤 성분 변화를 통해 혈관 젤 개선이 진행되었다. 마지막으로 전기자극 및 영상 분석을 통해 개발된 모델의 기능성을 입증하여 근육 질환 모사 및 약물 스크리닝 가능성을 보여주고, 이 체외 근육 모델의 발전은 근육 관련 질환에 대한 연구를 기여할 것이다.
