科大研究團隊研發創新顯微鏡平台　揭示骨骼肌再生中的複雜動態過程

香港科技大學（科大）的研究團隊開發出一個由雙鐳射非線性光學顯微鏡構成的先進平台，以研究肌衛星細胞在肌肉再生過程中的動態。透過這項突破性技術，團隊發現了肌衛星細胞在肌肉修復中的新行為機制，有助進一步推動研發針對肌肉相關疾病的標靶治療策略。

骨骼肌的再生過程依賴肌衛星細胞與各種細胞成分之間的複雜協作。當肌肉受傷時，隨著肌衛星細胞的激活，髓系細胞會遷移到傷口處。以往有研究已發現在肌肉微環境中靜止肌衛星細胞的形態異質性，這些細胞透過建立特異的細胞黏附和空間排列，以維持其靜止狀態。然而，由於缺乏適合的活體動物成像技術，研究人員難以分析肌衛星細胞與髓系細胞之間的相互作用。

近日，科大電子及計算機工程學系教授瞿佳男的團隊開展跨學科合作，研發出一個雙鐳射多模式非線性光學顯微鏡平台，可對活體骨骼肌中各種細胞類型和結構進行高解析度成像，並由科大生命科學部教授鄔振國的團隊提供肌肉生物學和再生過程方面的專業知識。利用這項創新成像技術，他們的聯合研究為控制肌肉再生的複雜過程提出新見解。當中有趣的是，這項研究顛覆了普遍認為非肌源性細胞是激活肌衛星細胞的主要驅動因素的想法。團隊發現肌衛星細胞具備一種內在能力，可以在不依賴非肌源性細胞外部信號的情況下，感知和回應再生信號。

研究亦分析了髓系細胞，尤其是巨噬細胞，在調節肌衛星細胞行為中的作用。團隊發現巨噬細胞對肌衛星細胞的激活並非必需，不過在肌肉再生過程中，巨噬細胞為肌衛星細胞的增殖和分化發揮關鍵作用。巨噬細胞的減少導致再生過程中肌衛星細胞分裂受損和肌肉纖維化增加，顯示它們在促進有效肌肉再生方面具有階段依賴性的作用。

此外，研究探討了非肌源性細胞與肌衛星細胞之間的即時相互作用。這兩種細胞類型之間的持續物理接觸對於肌衛星細胞的激活或細胞分裂並非必要，反而是非肌肉細胞的旁分泌信號似乎能調節肌衛星細胞的增殖，這反映了非肌肉細胞分泌因子在協調肌衛星細胞再生過程中的重要作用。

瞿教授表示：「利用先進的成像技術，這項研究為肌肉再生中複雜的細胞相互作用提供了全面的學術探討，揭示肌衛星細胞行為的新方向。我們的研究結果有助了解肌肉再生過程中的複雜動態，對未來研發肌肉相關疾病的標靶治療策略具有重大意義。」

瞿教授亦強調了鄔教授領導團隊所付出的努力。他們對肌肉生物學和再生過程的深入認知指引了研究的方向和解析。他們運用專業知識設計及進行了活體小鼠的實驗，並使用分子和細胞生物學技術分析了肌衛星細胞的動態及其與非肌源性細胞的相互作用。

鄔教授表示：「瞿教授的團隊貢獻了他們在光學成像技術、雷射技術和計算分析方面的知識，為這項研究量身定制了一個創新成像平台。工程學和生命科學團隊在是次研究的合作，展現出一種以多學科的方法來研究骨骼肌的再生過程。透過結合先進成像技術及生物學的專業知識，我們成功為複雜的細胞相互作用提供全面理解。這種跨學科合作推動了創新的問題解決方案，並促進嶄新研究方法和技巧的發展。」

這項合作的研究結果最近已在著名期刊《科學進展》上發表。

（原文於2023年10月18日在EurekAlert刊登。）