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A mecanoterapia, o conceito de usar forças mecânicas para estimular a cicatrização dos tecidos, tem sido usada há décadas como uma forma de fisioterapia para ajudar a curar os músculos lesionados. No entanto, a base biológica e as configurações ideais para mecanoterapia ainda são pouco compreendidas, especialmente no que diz respeito a pacientes idosos. Dado o conhecido declínio na capacidade de cicatrização que ocorre com a idade, os pacientes idosos podem se beneficiar muito de uma abordagem de tratamento músculo-esquelético eficaz e não invasiva.
Um novo estudo multidisciplinar ajuda a preencher essa lacuna de conhecimento da eficácia das mecanoterapias no músculo envelhecido. O estudo foi realizado por pesquisadores do Wyss Institute for Biologicamente Inspired Engineering e da Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), liderados por David Mooney, Ph.D., membro do corpo docente do Wyss Core. em colaboração com o membro do corpo docente associado e professor de engenharia e ciências aplicadas Paul A. Maeder, Conor Walsh, Ph.D. Em trabalhos anteriores, os colaboradores usaram a experiência do Walsh’s Lab em sistemas robóticos vestíveis para desenvolver um dispositivo de mecanoterapia robótica que funciona como uma pistola de massagem altamente avançada. Essa tecnologia permitiu a entrega precisa de mecanoterapia não invasiva a músculos lesionados de camundongos, permitindo que a equipe medisse seus efeitos biológicos. Os pesquisadores usaram esse dispositivo para otimizar a magnitude, duração e frequência da força aplicada aos músculos de animais jovens para acelerar a cicatrização e descobriram que a mecanoterapia acelerou a cicatrização muscular ao atenuar a inflamação após a lesão.
Agora, usando este dispositivo no músculo envelhecido, os pesquisadores descobriram que o mesmo tratamento de mecanoterapia que ajuda o músculo jovem a se curar mais rapidamente após a lesão, na verdade, tem o efeito oposto com o envelhecimento – as configurações que promoveram a cura no músculo jovem. exacerbado lesão no músculo velho. Em busca de uma explicação para esses resultados, a equipe descobriu que a mecanoterapia amplificou em vez de aliviar a inflamação no músculo envelhecido, dificultando o processo normal de cicatrização ao interromper o comportamento das células-tronco musculares, um subconjunto de células responsável pela substituição do tecido muscular danificado.
Incentivados por essas descobertas, os pesquisadores perguntaram se o controle da inflamação junto com a aplicação da mecanoterapia poderia ajudar a obter efeitos de cura nos músculos envelhecidos. Eles descobriram que este era realmente o caso: a combinação de mecanoterapia com tratamento anti-inflamatório melhorou significativamente a cicatrização em músculos envelhecidos e foi superior ao tratamento anti-inflamatório sozinho. Esta obra, publicada em Ciência Robóticaabre um excitante caminho terapêutico não invasivo para curar lesões musculares em pacientes idosos.
“Nosso estudo destaca diferenças críticas em como as células-tronco musculares e as células imunes respondem a forças mecânicas no contexto da idade, e como a inflamação regulada também compromete a função das células-tronco envelhecidas necessárias para a regeneração de músculos velhos”, disse Mooney, que também é o Robert P. Pinkas Family Professor de Bioengenharia na SEAS. “As mecanoterapias musculares provavelmente não serão um ‘tamanho único’. Para perceber seus benefícios, eles terão que ser adaptados às populações de pacientes e, especificamente, para indivíduos idosos, será fundamental modular a inflamação”.
Da surpresa à solução
Após a descoberta surpreendente de que a mecanoterapia sozinha realmente impede o processo normal de regeneração dos músculos envelhecidos, interagindo com o sistema imunológico, a equipe deu uma olhada mais profunda nas células-tronco dos músculos. A aplicação de uma carga mecânica ao músculo, como é feito durante o tratamento de mecanoterapia, influencia o comportamento das células musculares através da várias “vias de mecanotransdução” moleculares que também afetam as células-tronco. “Mostramos que, embora o comportamento das células-tronco envelhecidas tenha sido interrompido pela inflamação elevada, elas ainda eram capazes de ‘sentir’ as forças mecânicas do carregamento, como demonstramos pela ativação dessas vias”, disse a primeira autora, Stephanie McNamara, que é uma das autoras do estudo. estudante de pós-graduação na equipe de Mooney e atualmente matriculado no programa conjunto Harvard/MIT MD-PhD. “Na verdade, foi isso que nos levou a perguntar se o controle da inflamação poderia permitir que essas células respondessem aos estímulos mecânicos – e de fato o fez”.
A equipe descobriu que a administração de terapia anti-inflamatória na forma de glicocorticóides juntamente com a mecanoterapia suprimiu as principais vias pró-inflamatórias e reduziu os níveis gerais de inflamação no músculo envelhecido lesionado em relação ao observado no músculo jovem lesionado. No entanto, em um nível celular, as células musculares continuaram a sofrer mecanotransdução e, ao remover os impactos negativos da inflamação, os músculos envelhecidos lesionados poderiam responder positivamente à carga mecânica fornecida pelo robô.
“É sabido que, com a idade, muitos dos processos normais de cicatrização e inflamação muscular mudam. É importante questionar se os mesmos mecanismos vistos em estudos feitos em animais jovens permanecem os mesmos com o envelhecimento do corpo”, diz McNamara. “Ao alavancar o que aprendemos neste estudo e em nosso trabalho anterior e combiná-lo com a crescente experiência em sistemas robóticos leves vestíveis, acreditamos que no futuro abordagens mecanoterapêuticas personalizadas podem ser desenvolvidas para curar lesões em todas as idades”.
“Esta descoberta de que uma mecanoterapia não invasiva pode estimular o reparo muscular em idosos quando combinada com terapia anti-inflamatória abre um caminho totalmente novo para regeneração e reparo em populações mais velhas. Mecanoterapias claramente têm imenso potencial para mudar a vida dos pacientes, mas são colaborações verdadeiramente interdisciplinares, como aquela entre os grupos de Dave Mooney e Conor Walsh no Wyss Institute, que prepararam o terreno para avançá-los em realidades clínicas”, disse o diretor fundador da Wyss, Donald Ingber, MD, Ph.D., que também é o Judah Folkman Professor de Biologia Vascular na Harvard Medical School e no Boston Children’s Hospital, e o Hansjörg Wyss Professor de Engenharia Bioinspirada na Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences.
Outros autores do estudo são membros adicionais dos grupos de Mooney e Walsh, incluindo Bo Ri Seo, Benjamin Freedman, Emily Roloson, Jonathan Alvarez, CT O’Neill; e Herman Vandenburgh, professor emérito da Brown University, Providence, RI. O estudo foi financiado pelo Instituto Nacional de Pesquisa Dentária e Craniofacial (sob a concessão #R01DE013349), National Science Foundation (sob a concessão #DMR-1420570), Instituto Nacional de Artrite e Doenças Musculoesqueléticas e de Pele (sob a concessão #F31AR075367), Institutos Nacionais of Health (sob a concessão #K99AG065495), Instituto Nacional de Ciências Médicas Gerais (sob a concessão #T32GM007753 e T32GM144273), bem como uma concessão AR3T Regenerative Rehabilitation Pilot.
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