اخیرا دانشمندان چسب مکانیکی ساخته اند که می تواند عضلات را نسبت به کشش و انقباض تحریک کند و این پتانسیل را دارد که از تحلیل عضلات جلوگیری کند.
به گزارش تکناک، ماهیچه ها ممکن است به دلیل ورزش نکردن یا به تدریج با افزایش سن افراد مانند زمانی که یک اندام در گچ بی حرکت می شود، ضعیف شده و از بین بروند.
این وضعیت که به عنوان تحلیل عضلانی (آتروفی) شناخته می شود،می تواند در نتیجه اختلالات عصبی مانند ALS و MS یا در پاسخ به برخی بیماری ها از جمله سرطان و دیابت رخ دهد.
اعتقاد بر این است که مکانیک درمانی که از تکنیک های دستی یا مکانیکی استفاده می کند، پتانسیل کمک به ترمیم بافت را دارد.ماساژ، که از تحریک فشاری برای شل کردن عضلات استفاده میکند،شناختهشدهترین شکل مکانیک درمانی است.با این حال، مشخص نیست که آیا کشش و انقباض عضلات از طریق ابزارهای خارجی نیز میتواند به عنوان یک درمان مؤثر واقع شود یا خیر.
امروزه،مهندسان زیستی در مؤسسه مهندسی بیولوژیکی Wyss در دانشگاه هاروارد یک چسب مکانیکی فعال به نام مگنتا ساخته اند که به عنوان یک دستگاه رباتیک عمل می کند. در یک نمونه حیوانی، مگنتا با موفقیت از بهبود آتروفی عضلانی حمایت کرد. یافته های این تیم در Nature Materials منتشر شده است.
دکتر دیوید مونی،نویسنده ارشد این مطالعه گفت: با کمک مگنتا،ما یک سیستم چند جزئی یکپارچه جدید برای تحریک مکانیکی عضله توسعه دادیم که می تواند مستقیماً روی بافت عضلانی قرار گیرد تا مسیرهای مولکولی کلیدی برای رشد را راه اندازی کند.در حالی که این مطالعه اولین اثبات این مفهوم را ارائه میکند که حرکات کششی و انقباض خارجی میتوانند از آتروفی در یک نمونه حیوانی جلوگیری کند،ما فکر میکنیم که طراحی مرکزی دستگاه را میتوان به طور گسترده با تنظیمات مختلف بیماری،تطبیق داد.مونی رهبری پلتفرم مواد ایمنی مؤسسه Wyss را بر عهده دارد همچنین استاد مهندسی زیستی خانواده رابرت پینکاس در SEAS نیز هست.
یکی از اجزای اصلی مگنتا یک فنر مهندسی شده است که از نیتینول ( نوعی فلز که به نام آلیاژ حافظه شکل شناخته میشود) ساخته شده است،که باعث میشود تا زمانی که در دمای معینی گرم میشود، سریعاً مگنتا فعال شود.محققان این فنر را با یک سیمکشی الکتریکی به یک واحد ریزپردازنده که امکان برنامهریزی فرکانس و مدت چرخههای کشش و انقباض را فراهم میکند،فعال کردند. اجزای دیگر مگنتا یک قالب الاستومری(لاستیک مانند) است که بدنه دستگاه را تشکیل می دهد و SMA گرم شده را عایق می کند و یک “چسب سخت” را تشکیل می دهد که دستگاه را قادر می سازد محکم به بافت عضلانی بچسبد.
به این ترتیب،این دستگاه با محور طبیعی حرکت ماهیچهها هماهنگ میشود و نیروی مکانیکی تولید شده توسط SMA را به عمق عضله منتقل میکند.گروه مونی در حال ارتقا مگنتا که مخفف “چسب بافت ژل-الاستومر-نیتینول مکانیکی فعال” است.این چسب به عنوان یکی از چندین چسب ژل سخت با عملکردهای متناسب با کاربردهای بازسازی کننده مختلف در چندین بافت،تولید شده است.
پس از طراحی و مونتاژ دستگاه مگنتا،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 پا در موشها آزمایش کردند.این دستگاه هیچ نشانه جدی از التهاب و آسیب بافت ایجاد نکرد و فشار مکانیکی حدود 15 درصدی را بر روی عضلات نشان داد که با تغییر شکل طبیعی آنها در طول تمرین مطابقت دارد.
در مرحله بعد،برای ارزیابی اثر درمانی این چسب،محققان از یک مدل in vivo آتروفی عضلانی با بی حرکت کردن اندام عقبی موش در یک محفظه کوچک گچ مانند تا دو هفته پس از کاشت دستگاه مگنتا بر روی آن استفاده کردند. دکتر نام نویسنده اول این مطالعه می گوید:در حالی که عضلات و ماهیچههایی که درمان نشدهاند اما با این دستگاه تحریک شده اند و به طور قابلتوجهی در این دوره از بین رفتهاند.ماهیچههایی که بهطور فعال تحریک شدهاند کاهش تحلیل عضلانی را نیز نشان میدهند.رویکرد ما همچنین میتواند با بازیابی توده عضلانی که قبلاً طی یک دوره سه هفتهای بیحرکتی از دست رفته بودند، تقویت کند و باعث فعال شدن مسیرهای مکانیکی انتقال بیوشیمیایی شود که باعث سنتز پروتئین و رشد عضلانی میشوند.
ابعاد مکانیک درمانی
در مطالعه قبلی،گروه مونی با همکاری گروه کانور والش، عضو هیئت علمی Wyss دریافتند که فشرده سازی چرخه ای تنظیم شده (بر خلاف کشش و انقباض) عضلات شدید آسیب دیده، با استفاده از یک دستگاه رباتیک متفاوت، التهاب را کاهش داده و ترمیم عضله را امکان پذیر می کند.تیم مونی در مطالعه جدید خود پرسید که آیا این نیروهای فشاری می توانند دربرابر آتروفی عضلانی نیز محافظت ایجاد 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 مگنتا مقایسه کردند،تنها دستگاه دوم اثرات درمانی واضحی در نمونه موش مبتلا به آتروفی داشت.
مونی گفت: احتمال زیادی وجود دارد که رویکردهای رباتیک متمایز با اثرات منحصر به فرد بر بافت عضلانی می توانند راه های مکانیکی درمانی خاص بیماری یا آسیب را هموار کنند.
برای گسترش بیشتر امکانات مگنتا، این تیم بررسی کردند که آیا فنر SMA میتواند توسط نور لیزر که قبلاً نشان داده نشده بود نیز فعال شود،.این مسئله 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 می تواند به عنوان یک محرک پاسخگو به نور عمل کند و بافت ماهیچه ای 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 در بافت چربی، به نظر میرسد که ماهیچه ها مقداری از نور لیزر را جذب میکند. محققان فکر میکنند که حساسیت و عملکرد دستگاه به نور نشانداده شده میتواند بیشتر بهبود یابد.
نام گفت: قابلیتهای کلی مگنتا و این واقعیت که مجموعه آن را میتوان به راحتی از چند میلیمتر تا چند سانتیمتر تغییر داد،میتواند از آن بهعنوان بخش مرکزی مکانیک تراپی در آینده نه تنها برای درمان آتروفی، بلکه شاید برای تسریع بازسازی در پوست و قلب و نیز استفاده کرد.
دکتر دونالد اینگبر مدیر موسس Wyss گفت: درک روزافزون این موضوع که مکانیک درمانی می تواند نیازهای حیاتی برآورده نشده در پزشکی به روش هایی که درمان های مبتنی بر دارو به سادگی نمی توانند برطرف کند، حوزه جدیدی از تحقیقات را به وجود آورده است که نوآوری های روباتیک را با فیزیولوژی انسان تا سطح مسیرهای مولکولی که در حال انتقال عوامل مکانیکی مختلف هستند،مرتبط می کند. این مطالعه توسط دیو مونی و گروهش یک نمونه بسیار زیبا و آیندهنگر از این موضوع است که چگونه میتوان از این نوع مکانیزم درمانی در آینده به صورت بالینی استفاده کرد.
