Dispositivo implantable funciona como robot blando para tratar la atrofia muscular

Los músculos se desgastan por no ejercitarse lo suficiente, como sucede rápidamente con una extremidad rota que ha sido inmovilizada con un yeso, y más lentamente en personas que alcanzan una edad avanzada. La atrofia muscular, como los médicos se refieren al fenómeno, también es un síntoma debilitante en pacientes que padecen trastornos neurológicos, como la esclerosis lateral amiotrófica (ELA) y la esclerosis múltiple (EM), y puede ser una respuesta sistémica a varias otras enfermedades, incluido el cáncer y diabetes. Se cree que la mecanoterapia, una forma de terapia administrada por medios manuales o mecánicos, tiene un amplio potencial para la reparación de tejidos. El ejemplo más conocido es el masaje, que aplica estimulación compresiva a los músculos para su relajación. Sin embargo, ha estado mucho menos claro si estirar y contraer los músculos por medios externos también puede ser un tratamiento. Hasta ahora, dos desafíos principales han impedido tales estudios: sistemas mecánicos limitados capaces de generar uniformemente fuerzas de estiramiento y contracción a lo largo de los músculos, y la administración ineficiente de estos estímulos mecánicos a la superficie y a las capas más profundas del tejido muscular.

Ahora, los bioingenieros del Instituto Wyss de la Universidad de Harvard (Boston, MA, EUA) han desarrollado un adhesivo mecánicamente activo llamado MAGENTA, que funciona como un dispositivo robótico blando y resuelve este doble problema. En un modelo animal, MAGENTA previno y apoyó con éxito la recuperación de la atrofia muscular. Uno de los componentes principales de MAGENTA es un resorte de ingeniería hecho de nitinol, un tipo de metal conocido como "aleación con memoria de forma" (SMA) que permite la actuación rápida de MAGENTA cuando se calienta a una temperatura determinada. Los investigadores accionaron el resorte conectándolo eléctricamente a una unidad de microprocesador que permite programar la frecuencia y la duración de los ciclos de estiramiento y contracción.

Imagen: Prototipos MAGENTA fabricados con "aleación con memoria de forma" resorte y elastómero (Fotografía cortesía del Instituto Wyss)

Los otros componentes de MAGENTA son una matriz de elastómero que forma el cuerpo del dispositivo y aísla el SMA calentado, y un "adhesivo resistente" que permite que el dispositivo se adhiera firmemente al tejido muscular. De esta forma, el dispositivo se alinea con el eje natural del movimiento muscular, transmitiendo la fuerza mecánica generada por el SMA profundamente en el músculo. Los investigadores están avanzando en MAGENTA, que significa "adhesivo tisular de gel-elastómero-nitinol mecánicamente activo", como uno de varios adhesivos de gel resistente con funcionalidades adaptadas a diversas aplicaciones regenerativas en varios

tejidos.

Después de diseñar y ensamblar el dispositivo MAGENTA, el equipo probó su potencial de deformación muscular, primero en músculos aislados ex vivo y luego implantándolo en uno de los principales músculos de la pantorrilla de ratones. El dispositivo no indujo ningún signo grave de inflamación o daño tisular, y mostró una tensión mecánica de alrededor del 15 % en los músculos, lo que coincide con su deformación natural durante el ejercicio. A continuación, para evaluar su eficacia terapéutica, los investigadores utilizaron un modelo in vivo de atrofia muscular al inmovilizar la pata trasera de un ratón en un pequeño recinto similar a un yeso hasta dos semanas después de implantarle el dispositivo MAGENTA.

“Mientras que los músculos no tratados y los músculos tratados con el dispositivo pero no estimulados se desgastaron significativamente durante este período, los músculos estimulados activamente mostraron una reducción del desgaste muscular”, dijo el primer autor y becario de desarrollo de tecnología de Wyss, Sungmin Nam, Ph.D. "Nuestro enfoque también podría promover la recuperación de la masa muscular que ya se había perdido durante un período de inmovilización de tres semanas e inducir la activación de las principales vías bioquímicas de mecanotransducción conocidas por provocar la síntesis de proteínas y el crecimiento muscular".

"Con MAGENTA, desarrollamos un nuevo sistema integrado de múltiples componentes para la mecanoestimulación del músculo que se puede colocar directamente en el tejido muscular para activar vías moleculares clave para el crecimiento", dijo el autor principal y miembro fundador de Wyss, David Mooney, Ph.D. "Si bien el estudio proporciona la primera prueba de concepto de que los movimientos de estiramiento y contracción proporcionados externamente pueden prevenir la atrofia en un modelo animal, creemos que el diseño central del dispositivo se puede adaptar ampliamente a varios entornos de enfermedades donde la atrofia es un problema importante".

Enlaces relacionados:
Instituto Wyss de la Universidad de Harvard