Os biotecnologistas da Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) desenvolveram um sistema para medir com precisão a fraqueza muscular causada por mudanças estruturais no tecido muscular. O novo método permite que a função muscular seja avaliada por meio de imagens sem a necessidade de registros biomecânicos sofisticados, e poderia, no futuro, até mesmo tornar supérflua a coleta de amostras de tecido para o diagnóstico de miopatia. Os resultados foram publicados na renomada revista. Light:Ciência e Aplicações .

O músculo é um órgão altamente ordenado e hierarquicamente estruturado. Isso se reflete não apenas no agrupamento paralelo de fibras musculares, mas também na estrutura de células individuais. As miofibrilas responsáveis ​​pela contração consistem em centenas de unidades estruturadas de forma idêntica, conectadas uma após a outra. Essa estrutura ordenada determina a força exercida e a força do músculo. Doenças inflamatórias ou degenerativas ou câncer podem levar a uma reestruturação crônica dessa arquitetura, causando cicatrizes, enrijecimento ou ramificação das fibras musculares, resultando em uma redução dramática na função muscular. Embora tais mudanças na morfologia muscular já possam ser rastreadas usando microscopia multifotônica não invasiva, ainda não foi possível avaliar a força muscular com precisão apenas com base em imagens.

Novo sistema correlaciona estrutura e força

Pesquisadores da Cadeira de Biotecnologia Médica desenvolveram agora um sistema que permite que a fraqueza muscular causada por mudanças estruturais seja medida ao mesmo tempo em que avaliam opticamente a arquitetura muscular. "Projetamos um sistema biomecatrônico miniaturizado e o integramos a um microscópio multifotônico, permitindo-nos avaliar diretamente a força e elasticidade das fibras musculares individuais, ao mesmo tempo em que registramos anomalias estruturais, "explica o Prof. Dr. Oliver Friedrich. A fim de provar a capacidade de contração do músculo, os pesquisadores mergulharam as células musculares em soluções com concentrações crescentes de íons de cálcio livres. O cálcio também é responsável por desencadear contrações musculares em humanos e animais. A viscoelasticidade das fibras também foi medida, esticando-os pouco a pouco. Um detector de alta sensibilidade registrou a resistência mecânica exercida pelas fibras musculares presas ao dispositivo.

Conjunto de dados para diagnóstico simplificado

A tecnologia desenvolvida pelos pesquisadores da FAU é, Contudo, apenas o primeiro passo para poder diagnosticar distúrbios musculares com muito mais facilidade no futuro:"Ser capaz de medir a força isométrica e a viscoelasticidade passiva ao mesmo tempo que mostrar visualmente a morfometria das células musculares nos permitiu, pela primeira vez, para obter pares de dados de função de estrutura direta, "Oliver Friedrich diz." Isso nos permite estabelecer correlações lineares significativas entre a estrutura e a função dos músculos no nível de uma única fibra. "

O conjunto de dados será usado no futuro para prever com segurança forças e desempenhos biomecânicos no músculo esquelético usando exclusivamente avaliações ópticas baseadas em imagens SHG (as iniciais significam Segunda Geração Harmônica e referem-se a imagens criadas usando lasers na segunda frequência harmônica), sem a necessidade de medições de força complexas. Atualmente, as células musculares ainda precisam ser removidas do corpo antes de serem examinadas em um microscópio multifotônico. Contudo, é plausível que isso possa se tornar supérfluo no futuro se a tecnologia necessária puder continuar a ser miniaturizada, possibilitando que a função muscular seja examinada, por exemplo, usando um microendoscópio.