Stymulowanie włókien mięśniowych za pomocą magnesów powoduje ich wzrost w tym samym kierunku, wyrównując komórki mięśniowe w tkance, podają badacze z Massachusetts Institute of Technology (MIT) i Boston University z 20 października w czasopiśmie Device. Odkrycia oferują badaczom medycyny prostszy i mniej czasochłonny sposób programowania ułożenia komórek mięśniowych, które jest silnie powiązane ze zdrowym funkcjonowaniem mięśni.
„Zdolność do tworzenia wyrównanych mięśni w warunkach laboratoryjnych oznacza, że możemy opracować tkanki modelowe umożliwiające zrozumienie mięśni w stanie zdrowym i chorym oraz opracowywanie i testowanie nowych terapii zwalczających uszkodzenia lub choroby mięśni” – mówi starszy autor Ritu Raman, inżynier z MIT . Lepsze zrozumienie zasad rządzących wzrostem mięśni może mieć również zastosowanie w robotyce – dodaje.
W poprzednim badaniu Raman i współpracownicy odkryli, że „ćwiczenie” włókien mięśniowych poprzez wywoływanie ich skurczu w odpowiedzi na stymulację elektryczną przez 30 minut dziennie w ciągu 10 dni wzmacnia włókna. Tym razem badacze chcieli sprawdzić, czy mechaniczna stymulacja włókien mięśniowych w tym samym czasie (zamiast pozwalania im na samodzielną reakcję) przyniosłaby ten sam rezultat. Aby to zbadać, opracowali metodę mechanicznej stymulacji tkanki mięśniowej, która różni się od typowych technik laboratoryjnych.
„Zazwyczaj gdy ludzie chcą mechanicznie stymulować tkanki w środowisku laboratoryjnym, chwytają tkankę za oba końce i przesuwają ją tam i z powrotem, rozciągając i ściskając całą tkankę” – powiedział Raman. „Ale to tak naprawdę nie naśladuje sposobu, w jaki komórki rozmawiają ze sobą w naszych ciałach. Chcieliśmy przestrzennie kontrolować siły między komórkami w tkance, dopasowując się do rodzimych systemów”.
Aby stymulować komórki mięśniowe w bardziej realistyczny sposób, Raman i jej zespół hodowali komórki na szalce Petriego na miękkim żelu zawierającym cząstki magnetyczne. Kiedy przesuwali magnes tam i z powrotem pod żelem, cząstki również poruszały się tam i z powrotem, co „wyginało” komórki. Naukowcy mogli precyzyjnie kontrolować sposób poruszania się żelu, a co za tym idzie, wielkość i kierunek sił, na które działają komórki, zmieniając siłę i orientację magnesu. Aby zmierzyć ułożenie włókien mięśniowych w tkankach oraz to, czy kurczą się synchronicznie, współpracownicy zespołu z Uniwersytetu Bostońskiego opracowali niestandardowe oprogramowanie, które automatycznie śledziło filmy wideo mięśnia i generowało wykresy jego ruchu.
„Byliśmy bardzo zaskoczeni wynikami naszego badania” – powiedział Raman. Chociaż mechaniczna stymulacja włókien mięśniowych w ciągu 10 dni nie wydawała się je wzmacniać, spowodowała jednak, że wszystkie rosły w tym samym kierunku.
„Co więcej, z radością odkryliśmy, że kiedy wywołaliśmy skurcz mięśni, mięśnie ustawione w jednej linii biły synchronicznie, podczas gdy mięśnie niewyrównane nie biły rytmicznie” – powiedział Raman. „Potwierdziło to nasze zrozumienie, że forma i funkcja mięśni są ze sobą nierozerwalnie powiązane i że kontrolująca forma może pomóc nam kontrolować funkcje”.
Raman i współpracownicy planują poszerzyć badanie, badając, w jaki sposób różne schematy stymulacji mechanicznej wpływają zarówno na zdrowe, jak i chore włókna mięśniowe. Ponadto planują zbadać, w jaki sposób stymulacja mechaniczna wpływa na inne typy komórek.