به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، در نتیجه ورزش نکردن به اندازه کافی، ماهیچه‌ها تحلیل می‌روند ( همانطور که با شکستگی اندام که در گچ بی‌حرکت شده است، سریع‌تر اتفاق می‌افتد، و در افرادی که به سن بالا می‌رسند کندتر می‌شود). همچنین آتروفی عضلانی، یک علامت ناتوان‌کننده در بیماران مبتلا به اختلالات عصبی مانند اسکلروز جانبی آمیوتروفیک (ALS) و مولتیپل اسکلروزیس (MS) است و می‌تواند یک پاسخ سیستمیک به بیماری‌های مختلف دیگر از جمله سرطان و دیابت باشد.

مکانیک درمانی، شکلی از درمان است که با ابزارهای دستی یا مکانیکی انجام شده و تصور می‌شود که پتانسیل وسیعی برای ترمیم بافت داشته باشد. بهترین مثال، ماساژ است که برای آرامش عضلات، تحریک فشاری را اعمال می‌کند. با این حال، بسیار کمتر مشخص شده که آیا کشش و انقباض عضلات با ابزارهای خارجی نیز می‌تواند یک درمان باشد. تا کنون، دو چالش عمده مانع از انجام چنین مطالعاتی شده است. سیستم‌های مکانیکی محدودی که قادر به ایجاد نیروهای کششی و انقباض یکنواخت در طول عضلات هستند، و تحویل ناکارآمد این محرک‌های مکانیکی به سطح و به لایه‌های عمیق‌تر بافت عضلانی.

درحال حاضر، مهندسان زیستی در مؤسسه مهندسی بیولوژیکی Wyss در دانشگاه هاروارد و دانشکده مهندسی و علوم کاربردی هاروارد جان A. Paulson (SEAS) یک چسب مکانیکی فعال به نام MAGENTA ساخته‌اند که به عنوان یک دستگاه رباتیک نرم عمل کرده و این دو مشکل را حل می‌کند. مشکل برابر در یک مدل حیوانی، مگنتا با موفقیت از بهبود آتروفی عضلانی جلوگیری کرده و از آن حمایت می‌کند. یافته‌های این تیم در Nature Materials منتشر شده است. بنابر گفته دیوید مونی، نویسنده ارشد و عضو هیئت علمی مؤسس Wyss، Ph.D، با MAGENTA، ما یک سیستم چند جزئی یکپارچه جدید برای تحریک مکانیکی عضله ایجاد کردیم که می‌تواند مستقیماً روی بافت عضلانی قرار گیرد تا مسیرهای مولکولی کلیدی برای رشد را ایجاد کند.

در حالی که این مطالعه اولین اثبات مفهومی را ارائه می‌دهد که حرکات کششی و انقباض خارجی می‌تواند از آتروفی در یک مدل حیوانی جلوگیری کند، ما فکر می‌کنیم که طراحی هسته دستگاه را می‌توان به طور گسترده با تنظیمات مختلف بیماری که آتروفی یک مسئله اصلی است، تطبیق داد.

چسبی که می‌تواند عضلات را به حرکت وادار کند

یکی از اجزای اصلی MAGENTA یک فنر مهندسی شده بوده که از نیتینول ساخته شده است، نوعی فلز که به نام آلیاژ حافظه شکل (SMA) شناخته شده که باعث می‌شود تا زمانی که در دمای معینی گرم می‌شود، سریعاً مگنتا فعال شود. محققان فنر را با سیم‌کشی الکتریکی به یک واحد ریزپردازنده فعال کردند که امکان برنامه‌ریزی فرکانس و مدت چرخه‌های کشش و انقباض را فراهم می‌کند. اجزای دیگر MAGENTA یک ماتریس الاستومری است که بدنه دستگاه را تشکیل می‌دهد و SMA گرم شده را عایق می‌کند و یک چسب سخت است که دستگاه را قادر می‌سازد تا محکم به بافت عضلانی بچسبد. به این‌ترتیب، دستگاه با محور طبیعی حرکت ماهیچه‌ها هماهنگ شده و نیروی مکانیکی تولید شده توسط SMA را به عمق عضله منتقل می‌کند. گروه Mooney در حال پیشرفت MAGENTA است که مخفف چسب بافت ژل-الاستومر-نیتینول مکانیکی فعال است، به‌ عنوان یکی از چندین چسب ژل سخت با عملکردهای مناسب برای کاربردهای بازسازی کننده مختلف در چندین بافت. پس از طراحی و مونتاژ دستگاه MAGENTA، این تیم پتانسیل تغییر شکل عضلانی آن را ابتدا در ماهیچه‌های جدا شده ex vivo و سپس با کاشت آن بر روی یکی از ماهیچه‌های اصلی ساق موش آزمایش کردند. این دستگاه هیچ نشانه جدی از التهاب و آسیب بافت را القا نکرد و فشار مکانیکی حدود 15 درصد را بر روی عضلات نشان داد که با تغییر شکل طبیعی آنها در حین ورزش مطابقت دارد.

در مرحله بعد، برای ارزیابی اثر درمانی آن، محققان از یک مدل in vivo آتروفی عضلانی با بی‌حرکت کردن اندام عقبی موش در یک محفظه کوچک قالبی مانند تا دو هفته پس از کاشت دستگاه MAGENTA بر روی آن استفاده کردند. طبق گفته Sungmin Nam، نویسنده اول و محقق توسعه فناوری Wyss، دکتر Sungmin Nam، در حالی که ماهیچه‌ها و ماهیچه‌های درمان‌نشده با دستگاه، اما تحریک نشده‌اند، در طول این دوره به‌طور قابل‌توجهی از بین رفتند، ماهیچه‌هایی که به طور فعال تحریک شده بودند کاهش تحلیل عضلانی را نشان دادند. رویکرد ما همچنین می‌تواند بازیابی توده عضلانی را که قبلاً طی یک دوره سه هفته‌ای بی‌حرکتی از دست داده بودند، ترویج کند و باعث فعال شدن مسیرهای مکانیکی انتقال بیوشیمیایی اصلی شود که باعث سنتز پروتئین و رشد عضلانی می‌شوند.

جنبه‌های مکانیک درمانی

در مطالعه قبلی منتشر شده در Science Translational Medicine، گروه Moones با همکاری گروه Conor Walsh عضو هیئت علمی Wyss دریافتند که فشرده سازی چرخه ای تنظیم شده (بر خلاف کشش و انقباض) عضلات آسیب دیده حاد، با استفاده از یک دستگاه رباتیک نرم متفاوت، التهاب را کاهش می‌دهد و ترمیم فیبرهای عضلانی در عضله حاد آسیب دیده را قادر می‌سازد. در مطالعه جدید، این پرسش مطرح شد که آیا این نیروهای فشاری می‌توانند از آتروفی عضلانی نیز محافظت کنند. با این حال، هنگامی که آنها به طور مستقیم فشرده سازی عضلانی از طریق دستگاه قبلی را با کشش و انقباض عضلانی از طریق دستگاه MAGENTA مقایسه کردند، تنها دستگاه دوم اثرات درمانی واضحی در مدل آتروفی موش داشت. مونی گفت: احتمال زیادی وجود دارد که رویکردهای روباتیک نرم متمایز با اثرات منحصر به فردشان بر بافت عضلانی، راه‌های مکانیکی درمانی خاص بیماری یا آسیب را باز کنند.

برای گسترش بیشتر امکانات MAGENTA، این تیم بررسی کردند که آیا فنر SMA می‌تواند توسط نور لیزر نیز فعال شود، که قبلاً نشان داده نشده بود و این رویکرد را اساساً بی‌سیم می‌کند و کاربرد درمانی آن را گسترش می‌دهد. در واقع، آنها نشان دادند که یک دستگاه مگنتا کاشته شده بدون هیچ سیم برقی می‌تواند به عنوان یک محرک پاسخگو به نور عمل کرده و بافت ماهیچه‌ای را در صورت تابش نور لیزر از طریق لایه پوست، تغییر شکل دهد. در حالی که تحریک لیزر فرکانس‌های مشابه تحریک الکتریکی را به دست نمی‌آورد، و به‌ویژه بافت چربی به نظر می‌رسد مقداری نور لیزر را جذب کند، محققان فکر می‌کنند که حساسیت و عملکرد دستگاه به نور نشان‌داده شده می‌تواند بیشتر بهبود یابد. قابلیت‌های کلی مگنتا و این واقعیت که مجموعه آن را می‌توان به راحتی از میلی‌متر تا چند سانتی‌متر تغییر داد، می‌تواند آن را به‌عنوان بخش مرکزی مکان‌تراپی آینده نه تنها برای درمان آتروفی، بلکه شاید برای تسریع بازسازی در پوست، قلب و... جالب کند همچنین مکان‌های دیگری که ممکن است از این شکل از انتقال مکانیکی بهره مند شوند. تحقیق روزافزون اینکه مکانیک‌درمانی می‌تواند نیازهای حیاتی برآورده نشده در پزشکی بازساختی را به روش هایی که درمان های مبتنی بر دارو به سادگی نمی‌توانند برطرف کنند، حوزه جدیدی از تحقیقات را تحریک کرده است که نوآوری های رباتیک را با فیزیولوژی انسان تا سطح مسیرهای مولکولی که در حال انتقال مختلف هستند مرتبط می‌کند.

بطور کلی، هدف این مطالعه تحریک مکانیکی برای تنظیم طیف وسیعی از فرآیندهای بیولوژیکی در سطوح سلولی و بافتی شناخته شده است و استفاده پزشکی از آن برای بازسازی و توانبخشی بافت به دلیل در دسترس بودن دستگاه‌های مناسب است. این مطالعه یک چسب بافتی ژل-الاستومر-نیتینول (MAGENTA) را ارائه کرده که با قدرت و فرکانس برنامه‌ریزی شده، تحریک تقلید کننده انقباض عضلانی را تولید و به بافت هدف ارائه می‌کند. MAGENTA از یک فنر آلیاژ حافظه دار تشکیل شده است که تحریک را تا 40٪ کرنش ممکن می‌کند و یک چسب که به طور موثر تحریک را به بافت زیرین منتقل می‌کند. MAGENTA مسیرهای حسگر مکانیکی شامل پروتئین مرتبط با فاکتور رونویسی A مرتبط با میوکاردین را فعال کرده و سرعت سنتز پروتئین عضلانی را افزایش می‌دهد. عضلات آسیب دیده درمان شده و در مقایسه با عضلات درمان نشده نیروهای بیشتری تولید می‌کنند که نشان دهنده پیشگیری از آتروفی است. بنابراین مگنتا کاربردهای امیدوارکننده‌ای در درمان آتروفی عضلانی و پزشکی احیاکننده دارد.

پایان مطلب./