Ein neuer mechanisch aktiver Klebstoff bekämpft Muskelschwund

22. November 2022 Von Jim Hammerand

Mechanisch aktive Geräteprototypen aus Gel-Elastomer-Nitinol-Gewebekleber (MAGENTA), hergestellt mit einer Nitinol-Feder und Elastomer-Isolierung, mit einem Penny für die Skalierung [Foto mit freundlicher Genehmigung des Wyss Institute an der Harvard University]

Sie nennen es MAGENTA, ein Akronym für mechanisch aktiven Gel-Elastomer-Nitinol-Gewebekleber. Forscher des Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering der Harvard University und der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences haben MAGENTA erfolgreich in einem Tiermodell getestet und ihre Studie in Nature Materials veröffentlicht.

„Mit MAGENTA haben wir ein neues integriertes Mehrkomponentensystem für die Mechanostimulation von Muskeln entwickelt, das direkt auf Muskelgewebe platziert werden kann, um wichtige molekulare Pfade für das Wachstum auszulösen“, sagte der leitende Autor David Mooney, ein Gründungsmitglied der Kernfakultät von Wyss, in einem Pressemitteilung. „Während die Studie zunächst den Proof-of-Concept liefert, dass extern bereitgestellte Dehnungs- und Kontraktionsbewegungen Atrophie in einem Tiermodell verhindern können, glauben wir, dass das Kerndesign des Geräts weitgehend an verschiedene Krankheitssituationen angepasst werden kann, bei denen Atrophie ein großes Problem darstellt.“ ."

Das MAGENTA-System verwendet eine Feder aus Nitinol, einer Nickel-Titan-Legierung, die aufgrund ihres Formgedächtnisvermögens in medizinischen Geräten verwendet wird. Bei Erwärmung wird die Nitinolfeder schnell aktiviert, gesteuert von einer Mikroprozessoreinheit, die mit der Häufigkeit und Dauer der Dehnungs- und Kontraktionszyklen programmiert ist.

Ein Elastomermaterial isoliert die Nitinolfeder des MAGENTA-Geräts, die mit einem „harten Kleber“ am Muskelgewebe befestigt wird. Das Gerät überträgt die mechanische Kraft tief in den Muskel, wenn es an der natürlichen Achse der Muskelbewegung ausgerichtet ist.

[Illustration mit freundlicher Genehmigung des Wyss Institute der Harvard University]

Anschließend setzten die Forscher das Gerät auf Mäusebeine und legten ihnen für bis zu zwei Wochen einen Gips an.

„Während unbehandelte Muskeln und Muskeln, die mit dem Gerät behandelt, aber nicht stimuliert wurden, in diesem Zeitraum erheblich abgebaut wurden, zeigten die aktiv stimulierten Muskeln einen geringeren Muskelschwund“, sagte Erstautor und Wyss Technology Development Fellow Sungmin Nam in der Pressemitteilung. „Unser Ansatz könnte auch die Wiederherstellung von Muskelmasse fördern, die bereits über einen dreiwöchigen Zeitraum der Immobilisierung verloren gegangen war, und die Aktivierung der wichtigsten biochemischen Mechanotransduktionswege induzieren, von denen bekannt ist, dass sie die Proteinsynthese und das Muskelwachstum auslösen.“

Diese Bilder zeigen das MAGENTA-Gerät, wie es aussieht, wenn es in den Wadenmuskel einer Maus implantiert wird, und wie viel Verschiebung das Gerät verursacht. [Bild mit freundlicher Genehmigung des Wyss Institute der Harvard University]

Die Forscher experimentierten auch mit der Verwendung von Licht zur Betätigung des Geräts und ersetzten die Drähte, die die Nitinolfeder mit dem Mikroprozessor verbinden. Laserlicht, das durch die Haut schien, konnte das Gerät aktivieren, erreichte jedoch nicht die gleichen Frequenzen, da Fettgewebe scheinbar einen Teil des Lichts absorbierte.

Die Forscher glauben, dass die Leistung und Lichtempfindlichkeit des Geräts verbessert werden kann.

„Die allgemeinen Fähigkeiten von MAGENTA und die Tatsache, dass sein Aufbau leicht von Millimetern auf mehrere Zentimeter skaliert werden kann, könnten es als zentrales Element der zukünftigen Mechanotherapie interessant machen, nicht nur zur Behandlung von Atrophie, sondern vielleicht auch zur Beschleunigung der Regeneration in der Haut, im Herzen und anderen Bereichen.“ Orte, die von dieser Form der Mechanotransduktion profitieren könnten“, sagte Nam.