Los biotecnólogos de la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) han desarrollado un sistema para medir con precisión la debilidad muscular causada por cambios estructurales en el tejido muscular. El nuevo método permite evaluar la función muscular mediante imágenes sin la necesidad de registros biomecánicos sofisticados. y en el futuro incluso podría hacer que la toma de muestras de tejido para diagnosticar la miopatía sea superflua. Los resultados han sido publicados en la reconocida revista Luz:ciencia y aplicaciones .

El músculo es un órgano muy ordenado y estructurado jerárquicamente. Esto se refleja no solo en la agrupación paralela de fibras musculares, pero también en la estructura de las células individuales. Las miofibrillas responsables de la contracción consisten en cientos de unidades estructuradas idénticamente conectadas una tras otra. Esta estructura ordenada determina la fuerza que se ejerce y la fuerza del músculo. Las enfermedades inflamatorias o degenerativas o el cáncer pueden conducir a una reestructuración crónica de esta arquitectura, causando cicatrices, rigidez o ramificación de las fibras musculares y que da como resultado una reducción drástica de la función muscular. Aunque tales cambios en la morfología muscular ya se pueden rastrear usando microscopía multifotónica no invasiva, todavía no ha sido posible evaluar la fuerza muscular con precisión basándose únicamente en las imágenes.

El nuevo sistema correlaciona la estructura y la fuerza

Investigadores de la Cátedra de Biotecnología Médica han desarrollado un sistema que permite medir la debilidad muscular causada por cambios estructurales al mismo tiempo que se evalúa ópticamente la arquitectura muscular. "Diseñamos un sistema biomecatrónico miniaturizado y lo integramos en un microscopio multifotón, lo que nos permite evaluar directamente la fuerza y ​​la elasticidad de las fibras musculares individuales al mismo tiempo que registramos las anomalías estructurales, "explica el Prof. Dr. Oliver Friedrich. Para demostrar la capacidad del músculo para contraerse, los investigadores sumergieron las células musculares en soluciones con concentraciones crecientes de iones de calcio libres. El calcio también es responsable de desencadenar las contracciones musculares en humanos y animales. También se midió la viscoelasticidad de las fibras, estirándolos poco a poco. Un detector de alta sensibilidad registró la resistencia mecánica ejercida por las fibras musculares sujetadas al dispositivo.

Grupo de datos para un diagnóstico simplificado

La tecnología desarrollada por investigadores de FAU es, sin embargo, simplemente el primer paso para poder diagnosticar trastornos musculares mucho más fácilmente en el futuro:"Poder medir la fuerza isométrica y la viscoelasticidad pasiva al mismo tiempo que mostrar visualmente la morfometría de las células musculares nos ha permitido, por primera vez, para obtener pares de datos estructura-función directos, ", Dice Oliver Friedrich. Esto nos permite establecer correlaciones lineales significativas entre la estructura y la función de los músculos en el nivel de una sola fibra".

El conjunto de datos se utilizará en el futuro para predecir de manera confiable las fuerzas y el rendimiento biomecánico en el músculo esquelético utilizando exclusivamente evaluaciones ópticas basadas en imágenes SHG (las iniciales significan Segunda Generación Armónica y se refieren a imágenes creadas usando láseres en la frecuencia del segundo armónico), sin la necesidad de medidas complejas de resistencia. En el presente, Las células musculares aún deben eliminarse del cuerpo antes de poder examinarlas con un microscopio multifotónico. Sin embargo, es plausible que esto pueda volverse superfluo en el futuro si la tecnología necesaria puede continuar miniaturizándose, haciendo posible que se examine la función muscular, por ejemplo, utilizando un microendoscopio.