Implantuojamas prietaisas veikia kaip minkštas robotas raumenų atrofijai gydyti – chirurginiai metodai


Vaizdas: MAGENTA prototipai, pagaminti iš „formos atminties lydinio“ spyruoklės ir elastomero (Nuotrauka suteikta Wyss instituto)

Vaizdas: MAGENTA prototipai, pagaminti iš „formos atminties lydinio“ spyruoklės ir elastomero (Nuotrauka suteikta Wyss instituto)

Raumenys nyksta dėl nepakankamo mankštos, kaip greitai nutinka lūžus galūnei, kuri buvo imobilizuota gipso metu, ir lėčiau vyresnio amžiaus žmonėms. Raumenų atrofija, kaip gydytojai kalba apie šį reiškinį, taip pat yra sekinantis simptomas pacientams, kenčiantiems nuo neurologinių sutrikimų, tokių kaip amiotrofinė šoninė sklerozė (ALS) ir išsėtinė sklerozė (IS), ir gali būti sisteminis atsakas į įvairias kitas ligas, įskaitant vėžį. ir diabetas. Manoma, kad mechanoterapija, terapijos forma, atliekama rankiniu arba mechaniniu būdu, turi didelį audinių atstatymo potencialą. Žinomiausias pavyzdys yra masažas, kurio metu raumenys yra stimuliuojami, kad atsipalaiduotų. Tačiau buvo daug mažiau aišku, ar raumenų tempimas ir sutraukimas išorinėmis priemonėmis taip pat gali būti gydymas. Iki šiol tokiems tyrimams sutrukdė du pagrindiniai iššūkiai: ribotos mechaninės sistemos, galinčios tolygiai generuoti tempimo ir susitraukimo jėgas per visą raumenų ilgį, ir neefektyvus šių mechaninių dirgiklių tiekimas į paviršių ir gilesnius raumenų audinio sluoksnius.

Dabar Harvardo universiteto Wyss instituto (Bostonas, MA, JAV) bioinžinieriai sukūrė mechaniškai aktyvius klijus pavadinimu MAGENTA, kuris veikia kaip minkštas robotas ir išsprendžia šią dvigubą problemą. Gyvūnų modelyje MAGENTA sėkmingai užkirto kelią raumenų atrofijai ir palaikė atsigavimą. Vienas iš pagrindinių MAGENTA komponentų yra sukonstruota spyruoklė, pagaminta iš nitinolio – metalo, žinomo kaip „formos atminties lydinys“ (SMA), kuris leidžia greitai įsijungti MAGENTA, kai įkaista iki tam tikros temperatūros. Tyrėjai suaktyvino spyruoklę elektra prijungdami ją prie mikroprocesoriaus bloko, leidžiančio užprogramuoti tempimo ir susitraukimo ciklų dažnį ir trukmę.

Kiti MAGENTA komponentai yra elastomero matrica, kuri sudaro prietaiso korpusą ir izoliuoja šildomą SMA, ir „tvirtos klijai“, leidžiantys prietaisą tvirtai prilipti prie raumenų audinio. Tokiu būdu prietaisas sulygiuotas su natūralia raumenų judėjimo ašimi, perduodamas SMA generuojamą mechaninę jėgą gilyn į raumenį. Tyrėjai tobulina MAGENTA, kuri reiškia „mechaniškai aktyvius gelio-elastomero-nitinolio audinių klijus“, kaip vieną iš kelių kietų gelio klijų, kurių funkcijos pritaikytos įvairiems regeneraciniams pritaikymams keliuose audiniuose.

Sukūrusi ir surinkusi MAGENTA įrenginį, komanda išbandė jo raumenų deformavimo potencialą, pirmiausia izoliuotuose raumenyse ex vivo, o vėliau implantuodama jį į vieną iš pagrindinių pelių blauzdos raumenų. Prietaisas nesukėlė jokių rimtų audinių uždegimo ir pažeidimo požymių, o raumenų mechaninis įtempimas siekė apie 15%, o tai atitinka natūralią jų deformaciją fizinio krūvio metu. Be to, norėdami įvertinti jo terapinį veiksmingumą, mokslininkai panaudojo raumenų atrofijos modelį in vivo, imobilizuodami pelės užpakalinę galūnę mažame gipso pavidalo gaubte iki dviejų savaičių po MAGENTA įrenginio implantavimo.

„Nors neapdoroti raumenys ir raumenys, apdoroti šiuo prietaisu, bet nestimuliuoti, per šį laikotarpį buvo labai išeikvoti, aktyviai stimuliuojami raumenys sumažino raumenų nykimą“, – sakė pirmasis autorius ir Wyss technologijų plėtros bendradarbis, mokslų daktaras Sungminas Namas. “Mūsų metodas taip pat galėtų paskatinti raumenų masės, kuri jau buvo prarasta per tris savaites imobilizacijos laikotarpį, atsigavimą ir paskatinti pagrindinių biocheminių mechaninių transdukcijos būdų, kurie, kaip žinoma, skatina baltymų sintezę ir raumenų augimą, aktyvavimą.”

„Su MAGENTA sukūrėme naują integruotą kelių komponentų sistemą, skirtą mechaniniam raumenų stimuliavimui, kurią galima tiesiogiai uždėti ant raumenų audinio, kad būtų suaktyvinti pagrindiniai molekuliniai augimo būdai“, – sakė vyresnysis autorius ir Wyss steigėjos fakulteto narys David Mooney, Ph.D. . „Nors tyrimas pateikia pirmąjį koncepcijos įrodymą, kad iš išorės atliekami tempimo ir susitraukimo judesiai gali užkirsti kelią atrofijai gyvūno modelyje, manome, kad prietaiso pagrindinė konstrukcija gali būti plačiai pritaikyta įvairioms ligos aplinkybėms, kuriose atrofija yra pagrindinė problema.

Susijusios nuorodos:
Wyss institutas Harvardo universitete