Ωστόσο, όταν συνέκριναν άμεσα τη μυϊκή συμπίεση μέσω της προηγούμενης συσκευής με τη μυϊκή διάταση και σύσπαση μέσω της συσκευής MAGENTA, μόνο η τελευταία είχε σαφή θεραπευτικά αποτελέσματα στο μοντέλο ατροφίας ποντικού.
Πανεπιστήμιο Χάρβαρντ: Οι μύες σπαταλώνται ως αποτέλεσμα της μη επαρκούς άσκησης, όπως συμβαίνει γρήγορα με ένα σπασμένο άκρο που έχει ακινητοποιηθεί σε γύψο, και πιο αργά σε άτομα που φτάνουν σε προχωρημένη ηλικία. Η μυϊκή ατροφία, όπως αναφέρουν οι κλινικοί γιατροί το φαινόμενο, αποτελεί επίσης εξουθενωτικό σύμπτωμα σε ασθενείς που πάσχουν από νευρολογικές διαταραχές, όπως η αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση (ALS) και η σκλήρυνση κατά πλάκας (MS), και μπορεί να είναι μια συστηματική αντίδραση σε διάφορες άλλες ασθένειες, όπως ο καρκίνος και ο διαβήτης. Η μηχανοθεραπεία, μια μορφή θεραπείας που χορηγείται με χειροκίνητα ή μηχανικά μέσα, θεωρείται ότι έχει ευρύ δυναμικό για την αποκατάσταση των ιστών. Το πιο γνωστό παράδειγμα είναι το μασάζ, το οποίο εφαρμόζει συμπιεστική διέγερση στους μύες για τη χαλάρωσή τους. Ωστόσο, είναι πολύ λιγότερο σαφές αν η διάταση και η σύσπαση των μυών με εξωτερικά μέσα μπορεί επίσης να αποτελέσει θεραπεία.
Μέχρι στιγμής, δύο μεγάλες προκλήσεις έχουν αποτρέψει τέτοιες μελέτες: περιορισμένα μηχανικά συστήματα ικανά να παράγουν ομοιόμορφα δυνάμεις διάτασης και συστολής κατά μήκος των μυών και αναποτελεσματική παροχή αυτών των μηχανικών ερεθισμάτων στην επιφάνεια και στα βαθύτερα στρώματα του μυϊκού ιστού. Τώρα, οι βιομηχανικοί του Ινστιτούτου Wyss για τη Μηχανική Βιολογικής Έμπνευσης του Πανεπιστημίου Χάρβαρντ και της Σχολής Μηχανικής και Εφαρμοσμένων Επιστημών (SEAS) John A. Paulson του Χάρβαρντ ανέπτυξαν μια μηχανικά ενεργή κόλλα με την ονομασία MAGENTA, η οποία λειτουργεί ως μαλακή ρομποτική συσκευή και λύνει αυτό το διπλό πρόβλημα. Σε ένα ζωικό μοντέλο, το MAGENTA απέτρεψε και υποστήριξε με επιτυχία την αποκατάσταση της μυϊκής ατροφίας. Τα ευρήματα της ομάδας δημοσιεύονται στο Nature Materials. “Με το MAGENTA, αναπτύξαμε ένα νέο ολοκληρωμένο σύστημα πολλαπλών συστατικών για τη μηχανοδιέγερση των μυών που μπορεί να τοποθετηθεί απευθείας στον μυϊκό ιστό για να ενεργοποιήσει βασικές μοριακές οδούς για την ανάπτυξη”, δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας και μέλος του Ιδρυτικού Πυρήνα Διδακτικού Προσωπικού του Wyss David Mooney, Ph.D.
“Ενώ η μελέτη παρέχει μια πρώτη απόδειξη της έννοιας ότι οι εξωτερικά παρεχόμενες κινήσεις διάτασης και συστολής μπορούν να αποτρέψουν την ατροφία σε ένα ζωικό μοντέλο, πιστεύουμε ότι ο βασικός σχεδιασμός της συσκευής μπορεί να προσαρμοστεί ευρέως σε διάφορες καταστάσεις ασθενειών όπου η ατροφία αποτελεί μείζον ζήτημα”. Ο Mooney ηγείται της πλατφόρμας ανοσοϋλικών του Ινστιτούτου Wyss και είναι επίσης ο καθηγητής βιομηχανολογίας Robert P. Pinkas Family στο SEAS.
Μια κόλλα που μπορεί να κάνει τους μυς να κινούνται
Ένα από τα κύρια συστατικά του MAGENTA είναι ένα κατασκευασμένο ελατήριο από νιτινόλη, ένα είδος μετάλλου γνωστό ως “κράμα μνήμης σχήματος” (SMA) που επιτρέπει την ταχεία ενεργοποίηση του MAGENTA όταν θερμαίνεται σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία. Οι ερευνητές ενεργοποίησαν το ελατήριο συνδέοντάς το ηλεκτρικά με μια μονάδα μικροεπεξεργαστή που επιτρέπει τον προγραμματισμό της συχνότητας και της διάρκειας των κύκλων διάτασης και συστολής. Τα άλλα συστατικά του MAGENTA είναι μια ελαστομερής μήτρα που σχηματίζει το σώμα της συσκευής και μονώνει το θερμαινόμενο SMA, καθώς και μια “σκληρή κόλλα” που επιτρέπει τη σταθερή προσκόλληση της συσκευής στον μυϊκό ιστό. Με αυτόν τον τρόπο, η συσκευή ευθυγραμμίζεται με τον φυσικό άξονα της μυϊκής κίνησης, μεταφέροντας τη μηχανική δύναμη που παράγεται από το SMA βαθιά μέσα στον μυ. Η ομάδα του Mooney προωθεί το MAGENTA, το οποίο σημαίνει “μηχανικά ενεργή συγκολλητική ουσία ιστών gel-elastomer-nitinol”, ως μία από τις διάφορες σκληρές συγκολλητικές ουσίες με λειτουργικότητες προσαρμοσμένες σε διάφορες αναγεννητικές εφαρμογές σε πολλαπλούς ιστούς. Το MAGENTA παρέχει μηχανική διέγερση στον ιστό-στόχο.
Αφού σχεδίασε και συναρμολόγησε τη συσκευή MAGENTA, η ομάδα δοκίμασε τη δυνατότητα παραμόρφωσης των μυών της, πρώτα σε απομονωμένους μύες ex vivo και στη συνέχεια με εμφύτευση σε έναν από τους κύριους μοσχαρίσιους μύες ποντικών. Η συσκευή δεν προκάλεσε σοβαρά σημάδια φλεγμονής και βλάβης των ιστών και εμφάνισε μηχανική καταπόνηση περίπου 15% στους μύες, η οποία αντιστοιχεί στη φυσική παραμόρφωσή τους κατά τη διάρκεια της άσκησης. Στη συνέχεια, για να αξιολογήσουν τη θεραπευτική της αποτελεσματικότητα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα in vivo μοντέλο μυϊκής ατροφίας, ακινητοποιώντας το πίσω άκρο ενός ποντικού σε ένα μικροσκοπικό περίβλημα που μοιάζει με γύψο για έως και δύο εβδομάδες μετά την εμφύτευση της συσκευής MAGENTA σε αυτό. “Ενώ οι μη επεξεργασμένοι μύες και οι μύες που υποβλήθηκαν σε θεραπεία με τη συσκευή αλλά δεν διεγέρθηκαν σημαντικά εξασθένησαν κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, οι ενεργά διεγερμένοι μύες παρουσίασαν μειωμένη μυϊκή εξασθένηση”, δήλωσε ο πρώτος συγγραφέας και υπότροφος τεχνολογικής ανάπτυξης του Wyss Sungmin Nam, Ph.D. “Η προσέγγισή μας θα μπορούσε επίσης να προωθήσει την ανάκτηση της μυϊκής μάζας που είχε ήδη χαθεί κατά τη διάρκεια μιας περιόδου ακινητοποίησης τριών εβδομάδων και να προκαλέσει την ενεργοποίηση των κύριων βιοχημικών μονοπατιών μηχανικής μεταγωγής που είναι γνωστό ότι προκαλούν πρωτεϊνοσύνθεση και μυϊκή ανάπτυξη”.
Όψεις της μηχανοθεραπείας
Σε μια προηγούμενη μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Science Translational Medicine, η ομάδα του Mooney σε συνεργασία με την ομάδα του αναπληρωτή μέλους ΔΕΠ του Wyss Conor Walsh διαπίστωσε ότι η ρυθμιζόμενη κυκλική συμπίεση (σε αντίθεση με τη διάταση και τη συστολή) των οξέως τραυματισμένων μυών, χρησιμοποιώντας μια διαφορετική μαλακή ρομποτική συσκευή, μείωσε τη φλεγμονή και επέτρεψε την αποκατάσταση των μυϊκών ινών στους οξέως τραυματισμένους μυς. Στη νέα τους μελέτη, η ομάδα του Mooney διερωτήθηκε αν αυτές οι δυνάμεις συμπίεσης θα μπορούσαν επίσης να προστατεύσουν από τη μυϊκή ατροφία. Ωστόσο, όταν συνέκριναν άμεσα τη μυϊκή συμπίεση μέσω της προηγούμενης συσκευής με τη μυϊκή διάταση και σύσπαση μέσω της συσκευής MAGENTA, μόνο η τελευταία είχε σαφή θεραπευτικά αποτελέσματα στο μοντέλο ατροφίας ποντικού. “Υπάρχει μεγάλη πιθανότητα οι ξεχωριστές προσεγγίσεις με μαλακά ρομπότ με τις μοναδικές επιδράσεις τους στον μυϊκό ιστό να ανοίξουν δρόμους μηχανικοθεραπείας για συγκεκριμένες ασθένειες ή τραυματισμούς”, δήλωσε ο Mooney.
Για να διευρύνει περαιτέρω τις δυνατότητες του MAGENTA, η ομάδα διερεύνησε αν το ελατήριο SMA θα μπορούσε επίσης να ενεργοποιηθεί με φως λέιζερ, κάτι που δεν είχε αποδειχθεί προηγουμένως και θα καθιστούσε την προσέγγιση ουσιαστικά ασύρματη, διευρύνοντας τη θεραπευτική της χρησιμότητα. Πράγματι, έδειξαν ότι μια εμφυτευμένη συσκευή MAGENTA χωρίς ηλεκτρικά καλώδια θα μπορούσε να λειτουργήσει ως ενεργοποιητής που ανταποκρίνεται στο φως και να παραμορφώνει τον μυϊκό ιστό όταν ακτινοβολείται με φως λέιζερ μέσω του υπερκείμενου στρώματος του δέρματος. Ενώ η ενεργοποίηση με λέιζερ δεν πέτυχε τις ίδιες συχνότητες με την ηλεκτρική ενεργοποίηση και ειδικά ο λιπώδης ιστός φάνηκε να απορροφά κάποιο φως λέιζερ, οι ερευνητές πιστεύουν ότι η αποδεδειγμένη ευαισθησία στο φως και η απόδοση της συσκευής θα μπορούσε να βελτιωθεί περαιτέρω. “Οι γενικές δυνατότητες του MAGENTA και το γεγονός ότι η συναρμολόγησή του μπορεί εύκολα να κλιμακωθεί από χιλιοστά σε αρκετά εκατοστά θα μπορούσε να το καταστήσει ενδιαφέρον ως κεντρικό κομμάτι της μελλοντικής μηχανικοθεραπείας όχι μόνο για τη θεραπεία της ατροφίας, αλλά ίσως και για την επιτάχυνση της αναγέννησης στο δέρμα, την καρδιά και άλλα σημεία που θα μπορούσαν να επωφεληθούν από αυτή τη μορφή μηχανομεταγωγής”, δήλωσε ο Nam.
“Η αυξανόμενη συνειδητοποίηση ότι οι μηχανοθεραπείες μπορούν να αντιμετωπίσουν κρίσιμες ανεκπλήρωτες ανάγκες στην αναγεννητική ιατρική με τρόπους που οι θεραπείες που βασίζονται σε φάρμακα απλά δεν μπορούν, έχει υποκινήσει έναν νέο τομέα έρευνας που συνδέει τις ρομποτικές καινοτομίες με την ανθρώπινη φυσιολογία μέχρι το επίπεδο των μοριακών μονοπατιών που μεταδίδουν τα διάφορα μηχανικά ερεθίσματα”, δήλωσε ο ιδρυτικός διευθυντής του Wyss Donald Ingber, M.D., Ph.D. “Αυτή η μελέτη του Dave Mooney και της ομάδας του είναι ένα πολύ κομψό και προοδευτικό παράδειγμα για το πώς αυτό το είδος της μηχανοθεραπείας θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί κλινικά στο μέλλον”. Ο Ingber είναι επίσης καθηγητής Αγγειακής Βιολογίας Judah Folkman στην Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ και στο Νοσοκομείο Παίδων της Βοστώνης, καθώς και καθηγητής Βιοεμπνευσμένης Μηχανικής Hansjörg Wyss στο SEAS.
Διαβάστε όλες τις τελευταίες Ειδήσεις για την υγεία από την Ελλάδα και τον ΚόσμοΑκολουθήστε το healthweb.gr στο Google News και μάθετε πρώτοι όλες τις ειδήσεις
