Algún día, una técnica de fibra óptica mínimamente invasiva que mide con precisión el estiramiento pasivo y la contracción del tejido muscular vivo podría ser algún día una alternativa a las biopsias musculares dolorosas utilizadas para diagnosticar y tratar una amplia gama de trastornos del movimiento, informan los investigadores el 28 de febrero en Revista biofísica . En una fracción de milisegundo, la herramienta mide la longitud de miles de sarcómeros, las unidades contráctiles de tejido muscular, lo que permite identificar rápidamente problemas y desarrollar planes de tratamiento personalizados para los pacientes.
"Este enfoque permite la medición de propiedades musculares que antes no se podían obtener al combinar los avances en la tecnología de las telecomunicaciones con una comprensión profunda de la estructura muscular, la biomecánica y la patología", dice el autor principal Richard Lieber, fisiólogo del Instituto de Rehabilitación de Chicago. "Esta bioingenieríala innovación permitirá nuevos estudios de la función muscular y la patología del ser humano y permitirá la prueba de eficacia de los tratamientos musculares ". Su grupo ha solicitado una patente sobre la tecnología.
El deterioro muscular es común en una amplia gama de trastornos, incluidos derrame cerebral, lesión cerebral traumática, lesión de la médula espinal, enfermedad de Parkinson y parálisis cerebral. Actualmente, el estándar de oro para diagnosticar problemas neuromusculares implica exámenes clínicos o biopsias musculares dolorosas y a veces imposiblesEl enfoque más directo y de mayor resolución para caracterizar la salud muscular humana es medir los movimientos de los sarcómeros, que son responsables de generar la fuerza muscular.
Si bien hay un par de herramientas disponibles para medir la longitud del sarcómero en pacientes, no son adecuadas para la evaluación clínica común de la salud muscular. Por ejemplo, la difracción láser requiere cirugía, daña el tejido y no es compatible con el movimiento. Mientras tanto, la microendoscopia síno recolecta rápidamente muestras simultáneas de alta resolución en tiempo real en una gran cantidad de tejido muscular.
Para abordar estas deficiencias, Lieber y sus colaboradores desarrollaron recientemente una técnica llamada espectroscopía de reflexión resonante RRS. Así es como funciona: una fuente láser barre e ilumina continuamente el músculo a través de una sonda de fibra óptica muy delgada 1/4 milímetro, que se inserta directamente en el abdomen del músculo y se coloca en paralelo a los sarcómeros. La misma sonda óptica recoge la luz reflejada del músculo, y estos datos se utilizan para calcular la longitud del sarcómero.
En el nuevo estudio, los investigadores aplicaron este método al tejido muscular vivo por primera vez. Demostraron que RSS podía muestrear simultáneamente 4.200 sarcómeros que abarcaban milímetros de tejido muscular en una décima de milisegundo, capturando cambios a escala nanométrica en el sarcómerolongitud durante el estiramiento pasivo y contracciones de contracción nerviosa estimulada eléctricamente de los músculos de la parte inferior de la pierna en conejos. En teoría, la técnica podría permitir la reconstrucción 3D completa de proteínas sarcómeras para estudiar enfermedades musculares.
"Nuestros hallazgos demuestran un nuevo método para medir las interacciones a escala de proteínas durante el movimiento muscular", dice Lieber. "Según nuestro conocimiento, este método logra tamaños de muestra, resoluciones y compatibilidad con movimientos humanos que ninguna otra técnica actual o propuesta puede igualar"
Para que la herramienta sea adecuada para el uso clínico de rutina, Lieber y sus colaboradores se enfrentan actualmente a desafíos técnicos, como el desarrollo de una nueva fuente óptica y una sonda óptica, y también trabajarán para hacer que el método sea más asequible ". Planeamos utilizarEsta tecnología en estudios fundamentales y clínicos del movimiento humano y los trastornos del movimiento ", dice Lieber." Esperamos que estos nuevos experimentos conduzcan a una mejor comprensión y mantenimiento de la salud muscular humana ".
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