Cientistas desenvolvem adesivo que previne a atrofia muscular e permite a recuperação

O dispositivo alonga e contrai constantemente os músculos imobilizados para evitar a perda muscular.

No momento em que o médico abre o gesso para o seu braço ou perna quebrada, parece que você está andando nas nuvens. Mas, embora seja libertador se livrar de um elenco desconfortável que tornou a vida difícil nas últimas semanas, você ainda não acabou com a dor. Todo esse tempo imobilizado fez com que as articulações dos membros enrijecessem e os músculos atrofiassem devido à falta de atividade. Isso é mais um incômodo para pessoas saudáveis ​​que podem se recuperar relativamente rápido com fisioterapia, mas para pacientes com doenças neurológicas crônicas que afetam a função motora, como esclerose lateral amiotrófica (ALS) e esclerose múltipla (EM), a perda de massa muscular pode ser um problema. grande problema.

Para combater a perda de massa muscular, os pesquisadores do Instituto Wyss de Harvard desenvolveram um adesivo programável mecanicamente ativo que alonga e contrai os músculos, imitando a deformação natural que os músculos sofrem durante a atividade física.

Salvando esses ganhos preciosos

O dispositivo, conhecido como MAGENTA (mecanicamente ativo gel-elastômero-nitinol adesivo tecidual), consiste em uma mola feita de nitinol, uma liga de metal com memória de forma de níquel e titânio. Quando o nitinol é aquecido a uma certa temperatura, a mola é acionada, estimulando assim o músculo subjacente ao longo de seu comprimento. A frequência e a duração dos ciclos de estiramento e contração da mola são programadas por meio de um microprocessador acoplado ao MAGENTA por meio de fios elétricos.

Esses minúsculos atuadores de ‘massagem’ são presos aos músculos com a ajuda de um adesivo super forte especial, enquanto uma matriz de elastômero forma o corpo do dispositivo e isola a liga de metal com memória de forma aquecida.

Os pesquisadores primeiro testaram o MAGENTA ex vivo , ou seja, experimentos feitos em tecidos em um ambiente artificial fora do organismo e, posteriormente, em um dos principais músculos da panturrilha de um camundongo.

Durante esses experimentos, o MEGENTA não causou nenhum dano significativo nos tecidos ou inflamação e causou tensão mecânica de cerca de 15% nos músculos. Essa deformação está no mesmo nível daquela observada naturalmente no músculo quando nos exercitamos.

Na segunda etapa do estudo, os pesquisadores testaram o MAGENTA em um modelo in vivo de atrofia muscular (experimentando o uso de um organismo vivo inteiro em oposição a um organismo parcial ou morto) usando camundongos com um de seus membros traseiros envolto em um minúsculo, elenco do tamanho de um rato. Os roedores usaram o gesso por duas semanas com MAGENTA preso aos músculos das pernas – e os resultados foram encorajadores.

“Enquanto os músculos não tratados e os músculos tratados com o dispositivo, mas não estimulados, definharam significativamente durante esse período, os músculos ativamente estimulados mostraram perda muscular reduzida”, disse o primeiro autor e bolsista de desenvolvimento de tecnologia da Wyss, Sungmin Nam . “Nossa abordagem também pode promover a recuperação da massa muscular que já havia sido perdida durante um período de três semanas de imobilização e induzir a ativação das principais vias de mecanotransdução bioquímica conhecidas por induzir a síntese de proteínas e o crescimento muscular”.

Anteriormente, a mesma equipe de bioengenheiros desenvolveu um robô macio que realiza compressão cíclica regulada em músculos com lesões agudas, imitando um massoterapeuta. Este dispositivo provou ser eficaz na redução da inflamação e no desencadeamento da reparação das fibras musculares. Mas em um teste frente a frente com o dispositivo MAGENTA, apenas o último se mostrou eficaz na redução da atrofia muscular.

“Há uma boa chance de que abordagens robóticas suaves distintas, com seus efeitos únicos no tecido muscular, possam abrir caminhos mecanoterapêuticos específicos para doenças ou lesões”, disse o autor sênior e membro do corpo docente do Wyss Founding Core, David Mooney .

O MAGENTA também pode ser acionado por luz laser, eliminando assim a necessidade de fios. Em uma demonstração, os pesquisadores mostraram que o MAGENTA deformava os músculos quando estimulado com luz laser através da pele sobrejacente.

Este tipo de mecanoterapia é extremamente novo nesta fase, mas pode encontrar aplicações práticas muito rapidamente, já que atualmente não há nenhuma opção real viável para uma terapia eficaz por meios artificiais. O MAGENTA pode, por exemplo, ser útil para pessoas que sofrem de doenças motoras crônicas, mas também para pessoas como atletas que desejam se recuperar de forma mais rápida e eficaz após uma lesão nos ligamentos ou no tecido muscular.

“A crescente percepção de que as mecanoterapias podem atender às necessidades críticas não atendidas na medicina regenerativa de maneiras que as terapias baseadas em drogas simplesmente não conseguem, estimulou uma nova área de pesquisa que conecta inovações robóticas com a fisiologia humana até o nível das vias moleculares que estão transduzindo diferentes mecanismos mecânicos. estímulos”, disse o diretor fundador da Wyss, Donald Ingber .

As descobertas foram relatadas na revista Nature Materials .