Un estudio en ratones confirma el vínculo entre la mecanoterapia y la inmunoterapia en la regeneración muscular

0


El masaje se ha utilizado para tratar los músculos doloridos y lesionados durante más de 3000 años, y hoy en día muchos atletas apuestan por las pistolas de masaje para rehabilitar sus cuerpos. Pero además de hacer que las personas se sientan bien, ¿realmente mejoran esta «mecanoterapia» la curación después de una lesión grave? Según un nuevo estudio realizado por investigadores del Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica de Harvard y la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson (SEAS), la respuesta es «sí».

Usando un sistema robótico diseñado a medida para entregar fuerzas de compresión consistentes y ajustables a los músculos de las piernas de los ratones, el equipo descubrió que esta carga mecánica (ML) limpia rápidamente las células inmunes llamadas neutrófilos del tejido muscular gravemente lesionado. Este proceso también eliminó las citocinas inflamatorias liberadas por los neutrófilos de los músculos, mejorando el proceso de regeneración de las fibras musculares. La investigación se publica en Ciencia de la Medicina Traslacional.

«Mucha gente ha intentado estudiar los efectos beneficiosos del masaje y otras mecanoterapia en el cuerpo, pero hasta entonces no se había hecho de forma sistemática y reproducible. Nuestro trabajo muestra una conexión muy clara entre la estimulación mecánica y la función inmunológica. la promesa de regenerar una amplia variedad de tejidos, incluidos huesos, tendones, cabello y piel, y también se puede usar en pacientes con enfermedades que impiden el uso de intervenciones basadas en medicamentos «, dijo el primer autor Bo Ri Seo. Ph.D., quien es un becario postdoctoral en el laboratorio del miembro de la Facultad principal Dave Mooney, Ph.D. en el Instituto Wyss y SEAS.

Una pistola de masaje más meticulosa

Seo y sus coautores comenzaron a explorar los efectos de la mecanoterapia en el tejido dañado en ratones hace varios años y descubrieron que duplicaba la tasa de regeneración muscular y reducía la cicatrización tisular en el transcurso de dos semanas. Emocionado por la idea de que la estimulación mecánica por sí sola podría promover la regeneración y mejorar la función muscular, el equipo se propuso investigar más a fondo exactamente cómo funcionaba ese proceso en el cuerpo y averiguar qué parámetros maximizarían la curación.

Colaboraron con expertos en robótica blanda en el Harvard Biodesign Lab, dirigido por Conor Walsh, Ph.D., miembro de la facultad asociada de Wyss, para crear un pequeño dispositivo que usaba sensores y actuadores para monitorear y controlar la fuerza aplicada a la extremidad. de un ratón. . «El dispositivo que creamos nos permite controlar con precisión parámetros como la cantidad y frecuencia de la fuerza aplicada, lo que permite un enfoque mucho más sistemático para comprender la cicatrización del tejido de lo que sería posible con un enfoque manual», dijo el coautor Christopher Christopher Payne, Ph. D., ex becario postdoctoral en el Wyss Institute y el Harvard Biodesign Lab que ahora es ingeniero robótico en Viam, Inc.

Una vez que el dispositivo estuvo listo, el equipo experimentó aplicando fuerza a los músculos de las piernas de los ratones a través de una punta de silicona suave y usó ultrasonido para ver qué sucedió con el tejido en respuesta. Observaron que los músculos sufrían entre un 10 y un 40% de tensión, lo que confirma que los tejidos estaban experimentando una fuerza mecánica. También utilizaron esos datos de imágenes de ultrasonido para desarrollar y validar un modelo computacional que puede predecir la cantidad de deformación del tejido bajo diferentes fuerzas de carga.

Luego aplicaron fuerza constante y repetida a los músculos lesionados durante 14 días. Aunque tanto los músculos tratados como los no tratados mostraron una reducción en la cantidad de fibras musculares dañadas, la reducción fue más pronunciada y el área transversal de las fibras fue mayor en el músculo tratado, lo que indica que el tratamiento condujo a una mayor reparación. Y recuperación de fuerza. Cuanto mayor es la fuerza aplicada durante el tratamiento, más fuertes se vuelven los músculos lesionados, lo que confirma que la mecanoterapia mejora la recuperación muscular después de la lesión. ¿Pero cómo?

Eliminación de neutrófilos para mejorar la regeneración.

Para responder a esta pregunta, los científicos realizaron una evaluación biológica detallada, analizando una amplia gama de factores relacionados con la inflamación llamados citocinas y quimiocinas en músculos no tratados versus tratados. Un subconjunto de citocinas fue significativamente menor en los músculos tratados después de tres días de mecanoterapia, y estas citocinas están asociadas con el movimiento de células inmunes llamadas neutrófilos, que desempeñan muchas funciones en el proceso inflamatorio. Los músculos tratados también tenían menos neutrófilos en sus tejidos que los músculos no tratados, lo que sugiere que la reducción de las citocinas que los atraen había provocado la disminución de la infiltración de neutrófilos.

El equipo sintió que la fuerza aplicada al músculo por la mecanoterapia había exprimido efectivamente los neutrófilos y las citocinas del tejido dañado. Confirmaron esta teoría inyectando moléculas fluorescentes en los músculos y observando que el movimiento de las moléculas era más significativo con la aplicación de fuerza, apoyando la idea de que ayudaba a vaciar el tejido muscular.

Para distinguir qué efecto tienen los neutrófilos y sus citocinas asociadas en la regeneración de las fibras musculares, los científicos realizaron in vitro estudios en los que se cultivaron células progenitoras musculares (MPC) en un medio en el que se habían cultivado previamente neutrófilos. Descubrieron que la cantidad de MPC aumentó, pero la velocidad a la que se diferenciaron (se desarrollaron en otros tipos de células) disminuyó, lo que sugiere que los factores secretados por los neutrófilos estimulan el crecimiento de las células musculares, pero la presencia prolongada de dichos factores afecta la producción de nuevas fibras musculares. .

«Se sabe que los neutrófilos matan y eliminan patógenos y tejidos dañados, pero en este estudio hemos identificado sus impactos directos en el comportamiento de las células progenitoras musculares», dijo la co-segunda autora Stephanie McNamara, ex becaria de posgrado en el Instituto Wyss, que ahora es una MD, PhD. estudiante de la Escuela de Medicina de Harvard (HMS). «Si bien la respuesta inflamatoria es importante para la regeneración en las primeras etapas de la curación, es igualmente importante que la inflamación desaparezca rápidamente para permitir que los procesos regenerativos sigan su curso completo».

Seo y sus colegas luego se volvieron hacia los suyos. en vivo modelaron y analizaron los tipos de fibras musculares en ratones tratados versus no tratados 14 días después de la lesión. Descubrieron que las fibras de tipo IIX prevalecían en los músculos sanos y tratados, pero el músculo lesionado no tratado contenía menos fibras de tipo IIX y más fibras de tipo IIA. Esta diferencia explica el tamaño agrandado de la fibra y la mayor producción de fuerza de los músculos tratados, ya que las fibras IIX producen más fuerza que las fibras IIA.

Finalmente, el equipo identificó la cantidad de tiempo óptima para la presencia de neutrófilos en el músculo dañado al quedarse sin neutrófilos en los ratones al tercer día después de la lesión. Los músculos de los ratones tratados mostraron un tamaño de fibra más grande y una mayor recuperación de la fuerza que los de los ratones no tratados, lo que confirma que, si bien se necesitan neutrófilos en las primeras etapas de la recuperación de la lesión, sacarlos del sitio de la lesión temprano conduce a una mejor regeneración muscular.

«Estos hallazgos son notables porque indican que podemos afectar la función del sistema inmunológico del cuerpo de una manera no invasiva y libre de drogas», dijo Walsh, quien también es profesor de ingeniería y ciencias aplicadas Paul A. Maeder en SEAS. y cuyo grupo tiene experiencia en el desarrollo de tecnologías vestibles para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades. «Esto proporciona una gran motivación para el desarrollo de intervenciones mecánicas externas que ayuden a acelerar y mejorar la curación de músculos y tejidos que tienen el potencial de trasladarse rápidamente a la clínica».

El equipo continúa investigando esta línea de investigación con múltiples proyectos en el laboratorio. Planean validar este enfoque mecanoterapéutico en animales más grandes, con el objetivo de poder probar su eficacia en humanos. También esperan probarlo para diferentes tipos de lesiones, pérdida de masa muscular relacionada con la edad y mejora del rendimiento muscular.

«Los campos de la mecanoterapia y la inmunoterapia rara vez interactúan entre sí, pero este trabajo es un testimonio de lo crucial que es considerar los elementos físicos y biológicos al estudiar y trabajar para mejorar la salud humana», dijo Mooney, quien es el autor correspondiente de el periódico y el profesor de bioingeniería de la familia Robert P. Pinkas en SEAS.

«La idea de que la mecánica afecta la función de las células y los tejidos ha sido ridiculizada hasta las últimas décadas, y aunque los científicos han hecho grandes avances en la aceptación de este hecho, todavía sabemos muy poco sobre cómo ese proceso funciona realmente a nivel de órganos. Esta investigación reveló un tipo de interacción previamente desconocido entre la mecanobiología y la inmunología que es fundamental para la curación del tejido muscular, además de describir una nueva forma de mecanoterapia que podría ser potencialmente tan poderosa como las terapias químicas o genéticas, pero mucho más simple y menos invasiva, «él dijo. El director fundador de Wyss, Don Ingber, MD, Ph.D., quien también es el Judah Folkman Profesor de Biología Vascular en (HMS) y el Programa de Biología Vascular en el Boston Children’s Hospital, así como Profesor de Bioingeniería en SEAS.

Esta investigación fue apoyada por el Instituto Nacional de Investigación Dental y Craneofacial con el número de premio R01DE013349, el Instituto Nacional de Salud Infantil y Desarrollo Humano Eunice Kennedy Shriver con el número de premio P2CHD086843, los Centros de Ciencia e Ingeniería de Materiales y la concesión de investigación el premio DMR-1420570 de la National Science Foundation, el Instituto Nacional de Artritis y Enfermedades Musculoesqueléticas y de la Piel, el Instituto Nacional de Salud (F32 AG057135) y el Instituto Nacional del Cáncer (U01CA214369).

También podría gustarte
Deja una respuesta

Su dirección de correo electrónico no será publicada.

This website uses cookies to improve your experience. We'll assume you're ok with this, but you can opt-out if you wish. Accept Read More